Miniaturisierte Wasserstoffwirtschaft auf einem Chip
Wasserstoff ist ein vielversprechender Bestandteil einer Wirtschaft mit sauberen Energien. Da es überwiegend in Form von Verbindungen an andere Atome gebunden vorkommt, muss Wasserstoffgas erst hergestellt werden, bevor es verwendet werden kann. Die Elektrolyse von Wasser stellt das nachhaltigste Verfahren dar. EU-finanzierte Wissenschaftler haben das Projekt "Chip integrated hydrogen generation-storage-power micro system" (HYGENMEMS) ins Leben gerufen, um ein System für Herstellung, Speicherung und Verwendung zu entwickeln und es anwendbar für die autonome Energieversorgung kabelloser Geräte zum machen.Obwohl das Fachgebiet von Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien bereits stark vorangeschritten ist, sind noch immer umfassende Forschungsarbeiten notwendig. Die Wissenschaftler arbeiten intensiv daran, den Wirkungsgrad zu erhöhen, die Kosten zu senken und die Mechanismen besser zu verstehen, durch die bestimmte Materialien funktionieren. Im HYGENMEMS-Projekt mussten die passenden Materialien und Verarbeitungstechnologien gefunden werden, wobei ein vollkommen neues Anwendungskonzept entwickelt wurde.Katalysatoren sind wesentliche Bestandteile des Wasserstoffumwandlungsvorgangs. Sie müssen hochaktiv und kosteneffizient sein und gleichzeitig, in diesem Fall, mit Mikrosystemtechnologien kompatibel sein. Das Team demonstrierte, dass außergewöhnliche katalytische Effizienz und eine große aktive Oberfläche durch optimiertes Magnetron-Ko-Sputtern von Platin-Iridium erzielt werden kann.Die Forscher wählten Palladiumschichten für die Wasserstoffspeicherung aus. Palladium gilt als ausgezeichneter Wasserstoffspeicher. Bei normalen Umgebungsbedingungen kann es bis zu 900 Mal sein eigenes Volumen in Wasserstoff absorbieren, indem reversibel die gitterstrukturierte Legierung Palladiumhydrid gebildet wird. Die HYGENMEMS-Mitglieder fabrizierten hoch reproduzierbare Palladiumschichten mit geeigneten Eigenschaften, die über die gesamte geprüfte Dicke beibehalten werden, die von 100 Nanometern bis in den Mikrometerbereich reicht.Nachdem die Projektmitglieder erfolgreich die Protonen-Austausch-Membran fabriziert hatten, die sowohl für die Elektrolyse als auch für den Umkehrvorgang als Brennstoffzelle zur Energieerzeugung aus Wasserstoff erforderlich ist, setzten sie alle Komponenten zusammen. Fünf verschiedene Lithografiemasken waren notwendig, um das Mikrosystem zur Wasserstoffenergieumwandlung auf einem einzigen monokristallinen Siliziumwafer herzustellen.Der funktionstüchtige Einzelzellen-Prototyp demonstrierte, dass die technischen Ziele erreicht wurden, und stellte ein reversibles Wasserstoff-Mikro-Energiesystem für kabellose Geräte in Aussicht. Weitere Erforschung und Optimierung der Zellen-Stacks sollte Vermarktungsmöglichkeiten für zahlreiche Anwendungen schaffen, die von einem besonderen Energiebedarf abhängig sind.
