Forscher senken Platinbedarf in Brennstoffzelle erheblich

Besonderes Verfahren in der Herstellung

| Autor: mid

Wasserstoff ist der Energieträger für die Brennstoffzelle. Damit die möglichst günstig wird, sind neue Katalysator-Materialien neben Platin in der Erprobung.
Wasserstoff ist der Energieträger für die Brennstoffzelle. Damit die möglichst günstig wird, sind neue Katalysator-Materialien neben Platin in der Erprobung. (Bild: Daimler)

Forschungen der TU Berlin und des Autobauers BMW an neuartigen Katalysatormaterialien für leistungsfähige Auto-Brennstoffzellen könnten vor einem Durchbruch stehen. Ziel der Experten ist, das in heutigen Brennstoffzellen verbaute Platin ganz oder teilweise zu ersetzen. Denn auf der Technik ruhen zwar langfristig große Hoffnungen für eine saubere Mobilität, da Wasserstoff-Autos nur harmlosen Wasserdampf ausstoßen statt klimaschädlichem Kohlendioxid. Doch sie kämpft zugleich mit dem Problem hoher Kosten, die nicht unerheblich von dem genutzten Platin abhängen.

Die Grund-Problematik: Senkt man den Platingehalt in der Brennstoffzelle, sinkt die erzeugte elektrische Leistung noch schneller. Prof. Peter Strasser von der TU Berlin und seinem Team soll es in Kooperation mit der BMW-Forschungsabteilung jetzt gelungen sein, in einer autogerechten Wasserstoff-Brennstoffzelle das Katalysator-Trägermaterial chemisch so zu designen, dass trotz eines geringen Platineinsatzes hohe elektrische Leistung erzeugt wird. Ihre Ergebnisse wurden bereits in der renommierten Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht.

BMW hat auf der IAA 2019 das Wasserstoffauto „Hydrogen Next“ gezeigt. Neue Forschungsergebnisse könnten das zentrale Bauteil, die Brennstoffzelle, deutlich verbilligen.
BMW hat auf der IAA 2019 das Wasserstoffauto „Hydrogen Next“ gezeigt. Neue Forschungsergebnisse könnten das zentrale Bauteil, die Brennstoffzelle, deutlich verbilligen. (Bild: BMW)

Hohe Leistungsdichten

Die technische Herausforderung sieht folgendermaßen aus: Aus einer ungleichmäßigen Verteilung der Werkstoffe in Ionomeren (thermoplastische Kunststoffe, die als Basis der Brennstoffzellen-Einheiten dienen), resultiert ein hoher Widerstand gegen den Transport von Sauerstoffmolekülen, was wiederum zu einem hohen Verlust in der erzeugten elektrischen Spannung und Leistung führt. „In der jetzt veröffentlichten Arbeit beschreiben wir die Herstellung eines chemisch veränderten Kohlenstoffträgermaterials mit maßgeschneiderten Oberflächeneigenschaften“, sagt Strasser. Dadurch sei es gelungen, eine bisher unerreicht gleichmäßige Verteilung des Ionomers auf diesem Trägermaterial zu erzielen. Das Ergebnis seien hohe Leistungsdichten bei geringem Platineinsatz.

„Das Besondere an unserem Ansatz: Wir haben direkt mit einer autogerechten Brennstoffzelle gearbeitet, so dass unsere Ergebnisse die Chance haben, unmittelbar in die nächsten Generationen des Brennstoffzellen-Autos einzufließen“, sagt der Forscher. Vielleicht wird dies einmal die bessere Alternative zum batterieelektrischen Motor.

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