Kosteneffiziente Brennstoffzellen für den Verkehr
Brennstoffzellen sind elektrochemische Energieumwandlungsvorrichtungen. Sie wandeln die Energie in chemischen Bindungen in elektrische Energie um. Dabei entsteht statt Kohlendioxid nur Wasser als Nebenprodukt, was erhebliche Auswirkungen auf die Emissionen und den Klimawandel verspricht. Allerdings braucht es für eine breite Markteinführung weitere Kostenreduzierungen und/oder Effizienzsteigerungen. Die EU unterstützt das Projekt NANO-CAT (Development of advanced catalysts for PEMFC automotive applications), um eines der wichtigsten Hemmnisse für die Kostensenkung anzugehen. PEMFC verfügen über zwei Platin (Pt)-Elektrode, eine Anode und eine Kathode, an denen chemische Reaktionen stattfinden, die durch Katalysatoren erleichtert werden. Die Katalysatoren beschleunigen die Reaktionen und sind auf feste Substrate (Katalysatorträger) aufgebracht, die in der Regel auf Kohlenstoffbasis hergestellt werden. Studien haben darauf hingewiesen, dass die Kosten für den Katalysator 25% der Kosten für den Brennstoffstapel ausmachen. Pt ist ein seltenes und teures Metall. Dessen Beitrag zu den Kosten für die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) kann entweder durch eine Erhöhung der Leistungsdichte für eine gegebene Pt-Beladung oder durch die Verringerung der Pt-Beladung für eine gegebene Leistungsdichte reduziert werden. Mit weniger Pt, höherer Aktivität oder einer längeren Lebensdauer wird das Team die kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Pt-Katalysatoren geliefert haben, die der Markt benötigt. Die Wissenschaftler von NANO-CAT entwickeln neuartige nanostrukturierte Pt-arme oder gar Pt-freie (bio-inspirierte) Katalysatoren, um die Pt-Beladung zu minimieren und gleichzeitig die katalytische Aktivität zu verbessern. Darüber hinaus reduzierte die Entwicklung von innovativen degradationsbeständigen Trägern aus funktionalisierten Kohlenstoff-Nanoröhren oder leitfähigem Metalloxid die Pt-Beladung, die erforderlich ist, um den Problemen der Degradation entgegenzuwirken. Innerhalb des ersten Berichtszeitraums brachte das Team im Handel erhältliche Katalysatoren auf Basis von Pt und Pt-Legierungen auf neuartige robuste Träger, hergestellt von den Projektwissenschaftlern, auf. Sie werden in MEA, Zellen und Stapel integriert werden und dann Tests mit beschleunigter Alterung unterzogen. Darüber hinaus haben die Forscher bereits eine verbesserte Leistung eines neuen Pt-freien Katalysators sowohl für die Anoden- und Kathodenreaktionen nachgewiesen. Im Rahmen des NANO-CAT-Projekts entwickelte fortschrittliche Katalysatoren für PEMFC versprechen, das letzte große Hindernis für die breite Marktakzeptanz von PEMFC für den Verkehrssektor zu überwinden. Indem sie die Kosten verringern und/oder die Energiedichte der MEA erhöhen, werden die Katalysatoren die Nutzung von Brennstoffzellen fördern und große Vorteile für Hersteller, Umwelt und EU-Wirtschaft bringen.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellen, Verkehr, PEMFC, Automobilindustrie, Katalysatoren, elektrochemisch
