{"id":239408,"date":"2020-08-25T17:00:00","date_gmt":"2020-08-25T15:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/innovationorigins.com\/?p=239408"},"modified":"2020-08-25T17:00:00","modified_gmt":"2020-08-25T15:00:00","slug":"brennstoffzellen-fur-wasserstoff-fahrzeuge-leben-dank-neuartigem-elektrokatalysator-langer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/brennstoffzellen-fur-wasserstoff-fahrzeuge-leben-dank-neuartigem-elektrokatalysator-langer\/","title":{"rendered":"Brennstoffzellen f\u00fcr Wasserstoff-Fahrzeuge leben dank neuartigem Elektrokatalysator l\u00e4nger"},"content":{"rendered":"\n

In der Elektromobilit\u00e4t \u2013 insbesondere im Schwerverkehr \u2013 holen Brennstoffzellen derzeit immer mehr auf den reinen Batterieantrieb auf. Allerdings brauchen Brennstoffzellen einen Elektrokatalysator, der die elektrochemische Reaktion, bei der der Strom erzeugt wird, verbessert. Um in die Brennstoffzelle eingesetzt werden zu k\u00f6nnen, muss der Katalysator eine Oberfl\u00e4che mit sehr kleinen Platin-Kobalt-Partikeln im Nanometer-Bereich besitzen, die auf ein leitf\u00e4higes Tr\u00e4germaterial aus Kohlenstoff aufgetragen wird. Diese kleinen Partikel und auch der Kohlenstoff in der Brennstoffzelle korrodieren im Laufe der Zeit jedoch, was dazu f\u00fchrt, dass die Zelle an Effizienz und Stabilit\u00e4t verliert.

Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Professor Matthias Arenz vom Departement f\u00fcr Chemie und Biochemie (DCB) der Universit\u00e4t Bern<\/a> konnte nun mittels eines speziellen Verfahrens einen Elektrokatalysator ohne Kohlenstofftr\u00e4ger entwickeln, der \u2013 im Gegensatz zu bestehenden Katalysatoren \u2013 aus einem d\u00fcnnen Metallnetzwerk besteht und dadurch langlebiger ist. \u201eDer von uns entwickelte Katalysator erreicht eine gro\u00dfe Leistungsf\u00e4higkeit und verspricht einen stabilen Brennstoffzellenbetrieb auch bei h\u00f6herer Temperatur und hoher Stromdichte\u201c, sagt Matthias Arenz.<\/p>\n\n\n\n

Geringere Oberfl\u00e4che \u2013 geringere Leistung<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

In einer Wasserstoff-Brennstoffzelle entsteht elektrischer Strom, indem Wasserstoff mittels einer Elektrode in positiv geladene Protonen und negativ geladene Elektronen aufgespalten wird. Die Elektronen flie\u00dfen daraufhin \u00fcber die Elektrode ab. Au\u00dferhalb der Zelle erzeugen sie dann den elektrischen Strom, der zum Beispiel einen Motor antreibt. Die Protonen reagieren auf der anderen Seite einer speziellen Membran an einer zweiten, mit einem Katalysator beschichteten Elektrode mit Sauerstoff aus der Luft. Hier entsteht der Wasserdampf, der durch den Auspuff abgef\u00fchrt wird.

F\u00fcr die Stromproduktion m\u00fcssen beide Elektroden mit einem Katalysator beschichtet sein, da die chemischen Reaktionen andernfalls nur sehr langsam ablaufen w\u00fcrden \u2013 insbesondere bei der zweiten, der Sauerstoffelektrode. Die Platin-Kobalt-Nanopartikel des Katalysators k\u00f6nnen jedoch beim Betrieb in einem Fahrzeug \u201ezusammenschmelzen\u201c, wodurch die Oberfl\u00e4che des Katalysators und damit die Leistungsf\u00e4higkeit der Zelle verringert wird.

Dar\u00fcber hinaus kann der zur Befestigung des Katalysators eingesetzte Kohlenstoff beim Einsatz im Stra\u00dfenverkehr korrodieren. Das hat wiederum eine k\u00fcrzere Lebensdauer der Brennstoffzelle und somit auch des Autos zu Folge. \u201eUnsere Motivation war es daher, einen Elektrokatalysator ohne Kohlenstofftr\u00e4ger herzustellen, der dennoch leistungsf\u00e4hig ist\u201c, erkl\u00e4rt Matthias Arenz. Bisher verf\u00fcgten \u00e4hnliche Katalysatoren ohne Tr\u00e4germaterial immer nur \u00fcber eine geringere Oberfl\u00e4che. Da die Gr\u00f6\u00dfe der Oberfl\u00e4che aber f\u00fcr die Aktivit\u00e4t des Katalysators und somit seine Leistungsf\u00e4higkeit entscheidend ist, kam ein industrieller Einsatz kaum in Frage.<\/p>\n\n\n\n

Dank \u201eSputtern\u201c zu l\u00e4ngerer Lebensdauer<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Die Forscher konnten ihre Idee dank eines speziellen Verfahrens, der Kathodenzerst\u00e4ubung (\u201eSputtern\u201c) umsetzen. Bei dieser Methode w\u00fcrden einzelne Atome eines Materials (hier Platin bzw. Kobalt) durch Beschuss mit Ionen herausgel\u00f6st (zerst\u00e4ubt), erkl\u00e4ren sie. Die herausgel\u00f6sten gasf\u00f6rmigen Atome w\u00fcrden anschlie\u00dfend als haftende Schicht kondensieren. \u201eMit dem speziellen Sputterverfahren und anschlie\u00dfender Behandlung kann eine sehr por\u00f6se Struktur erreicht werden, die dem Katalysator eine gro\u00dfe Oberfl\u00e4che gibt und gleichzeitig selbsttragend ist. Ein Kohlenstofftr\u00e4ger ist somit \u00fcberfl\u00fcssig\u00bb, so Dr. Gustav Sievers, Studien-Erstautor vom Leibniz-Institut f\u00fcr Plasmaforschung und Technologie.

\u201eDiese Technologie ist industriell skalierbar und kann somit auch f\u00fcr gr\u00f6\u00dfere Produktionsvolumen beispielsweise in der Fahrzeugindustrie eingesetzt werden\u201c, sagt Matthias Arenz. Mit dem Verfahren k\u00f6nne die Wasserstoff-Brennstoffzelle weiter f\u00fcr den Einsatz im Stra\u00dfenverkehr optimiert werden. \u201eUnsere Erkenntnisse sind somit von Bedeutung f\u00fcr die Weiterentwicklung von nachhaltiger Energienutzung, insbesondere angesichts der aktuellen Entwicklungen im Mobilit\u00e4tssektor f\u00fcr den Schwerverkehr.\u201c

Die Wissenschaftler haben die Resultate ihrer Studie im Fachjournal Nature Materials<\/a> <\/em>publiziert. Sie ist eine internationale Zusammenarbeit des DCB unter anderen mit der Universit\u00e4t Kopenhagen und dem Leibniz-Institut f\u00fcr Plasmaforschung und Technologie, bei der auch die Infrastruktur der Swiss Light Source (SLS) am Paul Scherrer Institut zum Einsatz kam. Finanziert wurde die Studie unter anderem durch den Schweizerischen Nationalfonds (SNF), das Deutsche Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) und das Danish National Research Foundation Center f\u00fcr High-Entropy Alloy Catalysis.

Titelbild:<\/strong> Der neue Elektrokatalysator f\u00fcr Wasserstoff-Brennstoffzellen besteht aus einem d\u00fcnnen Platin-Kobaltlegierungsnetzwerk und kommt im Gegensatz zu den heute \u00fcblichen Katalysatoren ohne Kohlenstofftr\u00e4ger aus. \u00a9 Gustav Sievers<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

In der Elektromobilit\u00e4t \u2013 insbesondere im Schwerverkehr \u2013 holen Brennstoffzellen derzeit immer mehr auf den reinen Batterieantrieb auf. Allerdings brauchen Brennstoffzellen einen Elektrokatalysator, der die elektrochemische Reaktion, bei der der Strom erzeugt wird, verbessert. Um in die Brennstoffzelle eingesetzt werden zu k\u00f6nnen, muss der Katalysator eine Oberfl\u00e4che mit sehr kleinen Platin-Kobalt-Partikeln im Nanometer-Bereich besitzen, die […]<\/p>\n","protected":false},"author":1660,"featured_media":239407,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":"","footnotes":""},"categories":[25213],"tags":[94120,42987,25386],"location":[53262],"article_type":[],"serie":[],"archives":[],"internal_archives":[],"reboot-archive":[],"class_list":["post-239408","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-nachhaltigkeit-de","tag-brennstoffzelle-de","tag-katalysator-de","tag-wasserstoff-de","location-schweiz"],"blocksy_meta":[],"acf":{"subtitle":"Ein internationales Forschungsteam hat einen Elektrokatalysator f\u00fcr Wasserstoff-Brennstoffzellen entwickelt, der ohne Kohlenstofftr\u00e4ger auskommt und daher deutlich stabiler ist. ","text_display_homepage":false},"author_meta":{"display_name":"Petra Wiesmayer","author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/petra-wiesmayer\/"},"featured_img":null,"coauthors":[],"tax_additional":{"categories":{"linked":["Nachhaltigkeit<\/a>"],"unlinked":["Nachhaltigkeit<\/span>"]},"tags":{"linked":["Brennstoffzelle<\/a>","Katalysator<\/a>","wasserstoff<\/a>"],"unlinked":["Brennstoffzelle<\/span>","Katalysator<\/span>","wasserstoff<\/span>"]}},"comment_count":"0","relative_dates":{"created":"Posted 6 years ago","modified":"Updated 6 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on August 25, 2020","modified":"Updated on August 25, 2020"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on August 25, 2020 5:00 pm","modified":"Updated on August 25, 2020 5:00 pm"},"featured_img_caption":"","series_order":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/239408","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1660"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=239408"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/239408\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=239408"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=239408"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=239408"},{"taxonomy":"location","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/location?post=239408"},{"taxonomy":"article_type","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/article_type?post=239408"},{"taxonomy":"serie","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/serie?post=239408"},{"taxonomy":"archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/archives?post=239408"},{"taxonomy":"internal_archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/internal_archives?post=239408"},{"taxonomy":"reboot-archive","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/reboot-archive?post=239408"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}