Neues Verfahren spart teures Kat-Material Platin für Brennstoffzellen

Wien (APA) - Um effektiv zu arbeiten, sind Brennstoffzellen auf Platin als Katalysator angewiesen. US-Forscher unter Leitung des österreichi...

Wien (APA) - Um effektiv zu arbeiten, sind Brennstoffzellen auf Platin als Katalysator angewiesen. US-Forscher unter Leitung des österreichischen Physikers Fritz Prinz von der Stanford University haben in Kooperation mit Volkswagen ein Verfahren entwickelt, das bei deren Herstellung mit geringeren Mengen des teuren Rohstoffs auskommt. Die Ergebnisse wurden nun im Fachjournal „Nature Catalysis“ veröffentlicht.

Brennstoffzellen erzeugen elektrischen Strom, indem sie eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff vermitteln. Als einziges Abfallprodukt bleibt reines Wasser zurück. Vor allem bei Zellen in Kraftfahrzeugen, die bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen arbeiten, kommen Katalysatoren auf Basis von Platin zum Einsatz, um die chemische Reaktion zu beschleunigen.

Da Platin aber ebenso selten wie teuer ist, gibt es seit jeher intensive Bestrebungen, den Einsatz des Metalls auf ein Minimum zu beschränken. „Entscheidend ist die Oberfläche der verwendeten Platinpartikel“, erklärte Studienleiter Prinz, der seit mehr als 20 Jahren an der Universität Stanford forscht und dort an zwei Instituten Professor ist, gegenüber der APA. „Denn nur dort läuft die chemische Reaktion ab.“ Würde man etwa eine massive Kugel aus Platin als Katalysator verwenden, wäre das gesamte Material im Inneren der Kugel verschwendet.

Als Basis für das neue Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren diente den Forschern die sogenannte Atomlagenabscheidung, ein Verfahren, bei dem unter Ausnutzung chemischer Reaktionen dünne Schichten eines Materials auf einem Substrat abgeschieden werden. Im Fall der aktuellen Studie handelt es sich dabei um Platin auf Kohlenstoff.

Unter Einsatz quantenmechanischer Computersimulationen ist es Prinz und seinem Team gelungen, das Verfahren weiter zu optimieren. Indem sie den Herstellungsprozess unter Verwendung von Kohlenmonoxidgas um einen zusätzlichen Schritt erweiterten, konnten sie die Dicke der aufgewachsenen Platinpartikel deutlich reduzieren. Damit hat sich das Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen der Partikel um 40 Prozent verbessert. Das sollte es ermöglichen, Katalysatoren mit deutlich weniger Platin herzustellen, ohne deren Effizienz zu verringern.

„Letzten Endes haben wir das mit sehr einfachen und vor allem kostengünstigen Mitteln erreicht“, sagte Prinz. Die neue Methode sei also auch für die industrielle Herstellung von Brennstoffzellen geeignet. Gemeinsam mit der Volkswagen Research Group, die ebenfalls an dem Forschungsprojekt beteiligt war, wurden bereits entsprechende Patente angemeldet.

(SERVICE - Internet: http://dx.doi.org/10.1038/s41929-018-0118-1)


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