Die Chance, dass PEM-Brennstoffzellen eine wichtige Rolle bei der Dekarbonisierung des Verkehrs spielen können, ist gestiegen: Forscher vom Los Alamos National Laboratory (LANL) haben eine neuartige Elektrode entwickelt, die nicht glatt, sondern geriffelt ist. Zudem bügelt sie die Nachteile der Zelle aus. Diese ist teuer in der Herstellung und hat eine zu geringe Lebensdauer. Beides lässt sich mit der Elektrode verbessern. Ihre geriffelte Oberfläche erleichtert den Transport von Sauerstoff und Protonen, den Atomkernen von Wasserstoff, in den Zellen. Die Forschungsergebnisse erschienen kürzlich im Fachjournal „Nature Energy“.
Turbo für Sauerstoff und Protonen
„Es ist ein wenig überraschend, dass Elektroden 30 Jahre nach der Erfindung der PEM-Brennstoffzelle im Wesentlichen immer noch die gleiche Struktur aufweisen wie damals“, wundert sich der LANL-Materialwissenschaftler und beteiligte Entwickler Jacob Spendelow. „Deshalb machten wir uns daran, die Struktur neu zu gestalten und verwendeten einen rationalen Designansatz, um sowohl den Sauerstoff- als auch den Protonentransport zu beschleunigen.“
Die von Spendelow und seinen Kollegen entworfenen Elektroden weisen zahlreiche mikroskalige Rillen auf, die vor allem aus einem kohlenstoffgestützten Platinkatalysator bestehen, der durch leere Vertiefungen getrennt ist. „Herkömmliche Elektroden erfordern einen gemischten Transport von Sauerstoff und Protonen durch alle Teile der Elektrode, was einige Designkompromisse erfordert, da die protonenleitende Membran den Sauerstofftransport behindert“, erklärt Spendelow.
50 Prozent mehr Leistung
„Im Gegensatz dazu ermöglicht das Design der gerillten Elektrode eine Trennung des Sauerstoff- und Protonentransports, so dass die Rillen für den Sauerstofftransport, die Rippen für den Protonentransport optimiert werden können“, so der Forscher weiter. Dies ermögliche schnelleren Transport und höhere Leistung.“ Das Leistungsplus lag bei 50 Prozent. Nach ersten Erfahrungen scheint auch die Lebensdauer der neuen Elektroden länger zu sein. Ehe sie eingesetzt werden können, muss aber noch ein kostengünstiger Produktionsprozess entwickelt werden.
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM-Zellen) enthalten eine protonenleitende Membran auf Basis von Polymermaterialien, die als Elektrolyt dient. Sie trennt die beiden Elektroden. Durch diese Anordnung strömen im rechten Winkel zueinander Luft beziehungsweise reiner Sauerstoff und Wasserstoff. Innerhalb der Zelle reagieren sie miteinander und produzieren elektrische Energie und Wärme.
Weitere Informationen: www.lanl.gov
Quelle: presstext.redaktion