Beobachtungsposten
Eines der Probleme bei der Wasserstoff-Brennstoffzelle ist die Alterung des vorwiegend eingesetzten Platin-Katalysators. Könnte man diesen Vergröberungsprozess verstehen, wäre man vielleicht in der Lage, haltbarere Katalysatoren zu bauen. Toyota ist nun in der Lage, ihn zu beobachten
- Florian Pillau
Toyota City (J), 18. Mai 2015 – Eines der Probleme bei der Wasserstoff-Brennstoffzelle ist die Alterung des vorwiegend eingesetzten Platin-Katalysators. Er verliert an Wirkung durch einen Prozess, bei dem sich bei der Erzeugung von Elektrizität die Platin-Nanoteilchen auf ihrem Trägermaterial zu immer größeren Strukturen zusammenfinden, so dass sich mit der Zeit die chemisch wirksame Oberfläche verkleinert. Könnte man diesen Vergröberungsprozess verstehen, wäre man vielleicht in der Lage, haltbarere Katalysatoren zu bauen.
Eine direkte Beobachtung der Prozesse in Echtzeit könnte helfen, die zugrundeliegenden Prozesse zu entschlüsseln, nur war das bisher nicht möglich. Der Brennstoffzellen-Vorreiter Toyota und das Japan Fine Ceramics Center (JFCC) vermelden nun einen „Durchbruch“. Sie seien erstmals in der Lage, die Stellen zu identifizieren, an denen es zu diesem Prozess kommt und zwar in Zusammenhang mit der dabei abgegebenen Spannung. Diese Methode kann dabei helfen, die verschiedenen Verhaltensweisen unterschiedlicher Trägermaterialien zu identifizieren und so Forschung und Entwicklung Hinweise zur Verbesserung von Katalysator und Brennstoffzelle zu geben.
Es gilt Gründe für die Vergröberung zu finden
Bisher konnte man nur durch Vorher- Nachher-Vergleiche nach festen Zeiträumen feststellen, dass es zu einer Vergröberung kommt. Über mögliche Gründe konnte man nur Vermutungen anstellen. Die Beobachtungsmöglichkeit ergibt sich durch eine verkleinerte Probe der Oberfläche, die mit einem Transmissionselektronenmikroskop beobachtet werden kann.
Brennstoffzellen erzeugen Elektrizität durch die Reaktion von getanktem Wasserstoff mit dem Sauerstoff aus der Luft. Während der chemischen Reaktion werden Wasserstoffmoleküle in Elektronen und Wasserstoffionen an der Wasserstoffanode gespalten. Hier hilft das Platin, die Elektronen von den Ionen zu trennen. Die Elektronen wandern zur Sauerstoffkathode und treiben den Elektromotor an. Währenddessen durchschreiten die Wasserstoffionen auf ihrem Weg zur Sauerstoffkathode eine Polymermembran – dabei entsteht Wasser als Nebenprodukt aus Wasserstoffionen und Luftsauerstoff. (fpi)