Nanoteilchen entschärfen Katalysator-Killer

Weiterentwickelte Brennstoffzellen der University of Illinois werden zur Konkurrenz für Batterien

Wasserstoff: versorgt E-Autos künftig mit Strom (Bild: akitada31, pixabay.com)

Chicago (pte003/01.04.2022/06:05)

Forscher der University of Illinois http://uic.edu haben einen preiswerten Katalysator für Brennstoffzellen entwickelt, der zur ernsthaften Konkurrenz für Batterien in E-Autos werden könnte. Das Team um Reza Shahbazian-Yassar wandelt Wasserstoff damit in elektrischen Strom, Wärme und Wasser um. E-Autos, die mit einer solchen Zelle ausgestattet sind, lassen sich so schnell betanken wie Autos mit Verbrennungsmotor und haben eine weit größere Reichweite als batteriebetriebene Fahrzeuge.

"Brennstoffzellen sind aufgrund ihres geringeren Gewichts und ihres geringeren Volumens eine attraktive Alternative zu Batterien, vorausgesetzt, wir können wirtschaftlichere Wege finden, Wasserstoff umweltverträglich herzustellen", verdeutlicht Shahbazian-Yassar. Das Katalysatorproblem sei jedenfalls gelöst. "E-Autos, die ihren Strom aus Brennstoffzellen beziehen, sind damit ein ordentliches Stück näher gerückt."

Lebensdauer sukzessive gesteigert

Ausgangsmaterial für den neuen Katalysator ist Eisen, das mit Stickstoff und Kohlenstoff versetzt ist. Das Material ist erheblich billiger als Platin und andere Edelmetalle, die bisher als Katalysatoren zum Einsatz kommen. Die erste Version hat die Erwartungen bei Weitem nicht erfüllt. Der Kat sorgte zwar dafür, dass Wasserstoff und Sauerstoff aus der Luft miteinander reagieren, sodass der gewünschte Strom produziert wird. Doch die Lebensdauer war viel zu gering.

Doch Shahbazian-Yassar und sein Team haben zwei zerstörerische Elemente entdeckt, die bei der Stromerzeugung entstehen: freie Radikale, die den Katalysator zersetzen und Wasserstoffperoxid, das die gleiche Wirkung hat. Um das zu verhindern, haben sie das Katalysatormaterial mit Nanoteilchen aus Tantal-Titanoxid im Verhältnis sechs zu vier versetzt. Diese fangen die zerstörerischen Elemente ein und neutralisieren sie. In Experimenten konnten die Forscher zeigen, dass dieses Nano-Additiv die zerstörerischen Elemente um 51 Prozent reduzierte. Die Geschwindigkeit, mit der der Katalysator zerstört wird, sinkt dadurch auf etwa ein Zehntel.

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