Brennstoffzellen werden langlebiger

Der Einsatz von Katalysatoren in Brennstoffzellen ist unabdingbar, um eine effiziente Arbeitsweise zu gewährleisten. Denn ohne sie würde die elektrochemische Reaktion, in der Wasserstoff und Sauerstoff in Strom und Wasserdampf umgewandelt werden, in den Stacks nur sehr verlangsamt ablaufen. Eine Herausforderung bestand bisher darin, dass die aus Platin-Kobalt-Nanopartikeln bestehenden Katalysatoren auf einen Kohlenstoffträger aufgebracht werden mussten. Dieser ist in der Brennstoffzelle jedoch Korrosion ausgesetzt, wodurch die Zelle mit der Zeit an Effizienz und Stabilität einbüßt. 

Ein internationales Forscherteam unter Leitung der Universität Bern hat nun herausgefunden, wie die Lebensdauer dieser Platinkatalysatoren in Brennstoffzellen verlängert werden kann. Die Lösung: Ein Verzicht auf den Kohlenstoffträger, auf dem die Platin-Kobald-Partikel normalerweise aufgetragen sind. Stattdessen nutzten die Wissenschaftler das Verfahren der Kathodenzerstäubung, auch als "Sputter-Verfahren" bezeichnet. Einzelne Atome werden dabei durch Beschuss mit Ionen aus einem Festkörper (Platin/Kobalt) herausgelöst, gehen in die Gasphase über, kondensieren und bleiben auf dem Zielobjekt haften. Das Ergebnis des Forschungsprozesses ist ein Katalysator, der aus einem dünnen Metallnetzwerk besteht. 

"Mit dem speziellen Sputterverfahren und anschliessender Behandlung kann eine sehr poröse Struktur erreicht werden, die dem Katalysator eine grosse Oberfläche gibt und gleichzeitig selbsttragend ist. Ein Kohlenstoffträger ist somit überflüssig", erklärt Dr. Gustav Sievers, Studien-Erstautor vom Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie.

Vorherige, ähnliche Katalysatoren ohne Trägermaterial verfügten bisher immer nur über eine reduzierte Oberfläche. Weil die Grösse der Oberfläche entscheidend für die Aktivität des Katalysators und somit auch für seine Leistungsfähigkeit ist, waren diese für den industriellen Einsatz weniger geeignet. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP Greifswald) forschen angesichts der neuen Erkenntnisse nun an der Implementierung zu einem Verfahren von CCMs (Catalyst Coated Membranes), die dann in Brennstoffzellen getestet werden sollen.