Projektbeschreibung
Die nächste Generation von intermetallischen Katalysatoren mit Platinlegierungen für Brennstoffzellen mit Protonenaustauschmembran
Brennstoffzellen mit Protonenaustauschmembran sind ein wichtiger Faktor beim Wettlauf um die Reduzierung der Emissionen von Treibhausgasen sowohl im Verkehrs- als auch im Energiesektor. Für ihren effizienten Betrieb benötigen Brennstoffzellen mit Protonenaustauschmembran große Mengen des knappen und teuren Metalls Platin, das im Katalysator eingesetzt wird. Im Rahmen des vom Europäischen Forschungsrat geförderten Projekts StableCat wurden wichtige Schwachstellen in den kommerziellen Katalysatoren auf Platinbasis identifiziert und ein neuartiges Strukturverständnis auf atomarer Ebene gewonnen. Damit entwickelte das Forschungsteam eine neue Synthesestrategie, die es ihm ermöglicht, drei entscheidende Anforderungen innerhalb desselben Katalysatormaterials zu kombinieren – hohe Platinoberfläche, katalytische Aktivität und Langlebigkeit. Mit dieser neuen Strategie gelang es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern außerdem, das für einen effizienten Betrieb von Brennstoffzellen mit Protonenaustauschmembran benötigte Platin bereits heute um 50 % zu reduzieren, wobei das volle Potenzial noch nicht ausgeschöpft ist.
Ziel
Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are crucial in the race towards cutting the greenhouse gas emissions – covering 90.7% of total fuel cell market share already in 2018. PEMFCs as a zero-carbon technology converts hydrogen, as a fuel, and oxygen from the air into clean electricity, with water being the only by-product. In doing so, the catalyst material plays a crucial role.
Currently, the most promising strategy is to use scarce and expensive platinum (Pt) in the form of carbon-supported nanoparticles (NPs) that are alloyed with a less expensive metal M (e.g. M = Ni, Co or Cu; Pt-M/C). However, current commercial catalyst solutions cannot yet combine the ‘three-pillars’ within the same material – (i) high electrochemically active surface area (ECSA), (ii) high catalytic activity and (iii) high stability.
Thus, the StableCat project addresses the pressing need for the improvements of commercial catalysts by obtaining atomic-scale structural understanding. A unique methodological approach developed in project ERC StG 123STABLE resulted in a novel synthesis strategy that, for the first time, combines all three-pillars within the same catalyst material, and will pave the innovative way as an enabler for mass commercialisation of PEMFC technology.
Our investigation revealed that 123STABLE catalysts exhibit up to 40% increase in ECSA, a 2-3 fold increase in catalytic activity, as well as an intermetallic crystal structure with increased stability towards corrosion. In addition, the new synthesis approach has also revealed significant potential at reducing the amount of Pt in PEMFCs (50% reduction possible already today). The goal of StableCat is to conduct technical and business activities necessary to enter the commercialisation phase, preferably in a form of a Spin-out company.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
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