Innovative Katalysatoren für Brennstoffzellen

FC, die chemische Energie in Elektrizität umwandeln, sind eine saubere Alternative zu Benzin oder Diesel. Platin gehört zu den am häufigsten verwendeten Katalysatoren, die die chemische Reaktion in der Brennstoffzelle beschleunigen. Obwohl wirksam bleibt Platin sehr teuer.

Das EU-finanzierte Projekt SMARTCAT (Systematic, material-oriented approach using rational design to develop break-through catalysts for commercial automotive PEMFC stacks) verringert den Platingehalt, in dem diesen mit unterschiedlichen Materialien, wie beispielsweise spezifischen ternären legierten Clustern, ersetzt wird. Die erfolgreiche Entwicklung dieser Materialien ist ein nächster Schritt zur Beseitigung des größten Hindernisses für die groß angelegte Kommerzialisierung von Brennstoffzellentechnologie.

Erweiterte Rechenverfahren, die das SMARTCAT-Projekt entwickelt hat, helfen die optimalen Zusammensetzung und Geometrie der Cluster zu entwickeln. Diese Arbeit wird durch elektrochemische Analyse der hergestellten entsprechenden Katalysatoren unterstützt.

Hocheffiziente tri-metallische katalytische nanostrukturierte Schichten mit ultraschwacher Platinladung sollten einen weltweiter Durchbruch in der Katalysatorentwicklung darstellen. Die Wissenschaftler haben Katalysatoren auf Basis von Platin-Palladium-Gold-Legierungen ausgewertet. Sie fanden heraus, dass bei einer Goldkonzentration unter 25% die Katalysatoraktivität erhöht wird. Darüber hinaus hat das Team andere vielversprechende Tri-Metallkatalysatoren auf der Grundlage einer Platin- (Nickel, Kupfer oder Kobalt-)-Goldlegierung erforscht.

Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts war die Entwicklung von effizienten Elektrodenträgern, die hohen Spannungen und Temperaturen widerstehen können, um Wasserstoff-Oxidation und Sauerstoffreduktion zu katalysieren. Bisher haben die Wissenschaftler theoretische und experimentelle Ansätze entwickelt, um neue und effiziente Träger anzufertigen, die ebenfalls ausreichend leitfähig und korrosionsbeständig während des Brennstoffzellenbetriebs sind.

Die bahnbrechen Katalysatoren von SMARTCAT sollen die Membranelektrodenanordnungskosten um ca. 35% reduzieren und damit Europa an die Spitze der Brennstoffzellenentwicklung für Automobilanwendungen bringen. Nachhaltige Energieerzeugung durch effiziente und kostengünstige Brennstoffzellentechnologie ist ein wichtiges Ziel in Europa. Die Entwicklung neuer Legierungen im Rahmen von SMARTCAT kann eine künftige europäische Wasserstoffwirtschaft unterstützen.