Alkoholbrennstoffzellen bald Realität
Die Zellen nehmen wasserstoffreichen Kraftstoff oder Wasserstoff direkt auf und verwandeln seine chemische in elektrische Energie. Besonders vielversprechend sind Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC). In der PEMFC wird Wasserstoffgas (H2) an der Anode oxidiert, um Protonen und Elektronen zu erzeugen. Die Protonen passieren die Elektrolytmembran, während die Elektronen zur Stromerzeugung durch eine externe Schaltung geschleust werden. Trotz ihres Potenzials als saubere, erneuerbare Energiequelle stehen die PEMFCs vor Problemen der Lagerung und des Transports von H2. Die Lösung könnten Direktalkoholbrennstoffzellen (DAFC) sein, die statt mit H2 mit Ethanol oder Methanol betrieben werden. Trotz intensiver Untersuchung für Fahrzeuganwendungen in den letzten zwei Jahrzehnten haben niedrige Leistung und hohe Kosten die Markteinführung platinbasierter (Pt) Katalysatormaterialien für die Alkoholoxidation behindert. Das EU-finanzierte Projekt XAS-DAFC untersuchte neuartige, nanostrukturierte Kern-Schale-Katalysatoren, die bei geringeren Kosten mehr Leistung versprechen. Anstatt eines festen Pt-Nanopartikels verwendet die Kern-Schale-Struktur eine Platinschale, die ein anderes Metall als Kern einfasst. Dadurch wird die verwendete Pt-Masse reduziert, sodass Funktionalität und Effizienz gesteigert werden können. XAS-DAFC hat die Struktur-, Funktions- und Stabilitätseigenschaften dieser Materialien charakterisiert. Das Team hat eine Vielzahl von Pt-Katalysatoren vorbereitet und zahlreiche physikalisch-chemische Techniken eingesetzt, um die Strukturen des zweiten Metalls und seine Auswirkungen auf die Pt-Eigenschaften zu bestimmen. Außerdem untersuchten die Wissenschaftler die Aktivität und Stabilität der Alkoholoxidation unter elektrochemischen Betriebsbedingungen. Das wichtigste Projektergebnis ist jedoch, dass die Katalysatoren unter elektrochemischen Realbedingungen stabil bleiben, ohne dass der Alkohol ihre Struktur beeinträchtigt. Umfangreiche Tests und ein von XAS-DAFC durchgeführtes Charakterisierungsprotokoll lieferten große Datenmengen über das Verhalten der vielversprechenden Platinkatalysatoren für die Alkoholoxidation in DAFCs. Außer zu künftigen Brennstoffzellen-Konzepten könnten diese Katalysatoren auch zur Entwicklung grüner Alternativen zu fossilen Brennstoffen beitragen.
