Danach wir die ursprüngliche Matte verbrannt,
übrig bleibt eine äußerst poröse Elektrode. „Wir
haben eine dreidimensionale Elektrode erfunden,
die aus einer zweidimensionalen Matte entsteht“,
unterstreicht Dong Ding, der an der Entwicklung
maßgeblich beteiligt war.
Wasserstoff kostengünstig herstellen
Allein die USA haben eine Wasserstoffproduktionskapazität
von elf Millionen Tonnen pro Jahr.
Nur vier Prozent davon werden per Elektrolyse
gewonnen, der Rest aus Erdgas, Öl und Kohle.
Bei der Herstellung fallen aber sehr große Mengen
an Schadstoffen an, ebenso wie Kohlendioxid.
Mit der neuen, kostengünstigeren INL-Elektrolyse
technik könnte die Herstellung nun wirtschaftlicher
werden.
Die Keramikelektrode wird dabei von einem Elektrolyten
umhüllt, der wiederum mit der zweiten
Elektrode beschichtet ist. Liegt zwischen den
Elektroden eine elektrische Spannung, so wird der
Dampf, der in die Keramikelektrode strömt, in
Wasser- und Sauerstoff zerlegt. Der Sauerstoff
diffundiert durch den Elektrolyten zur zweiten
Elektrode, der Wasserstoff wird eingefangen und
in Drucktanks gelagert.
Mit einem neuen Katalysator können Brennstoffzellen
sogar noch schneller Strom produzieren.
Das ist wichtig, wenn sie Elektroautos mit Energie
versorgen sollen, so die Forscher. Wenn etwa
plötzliches Beschleunigen nötig ist, steht so immer
genügend Strom zur Verfügung. Den Katalysator
haben der Materialwissenschaftler Professor Meilin
Liu von der Hochschule Georgia Tech und
dessen Doktorand Yu Chen entwickelt.
Ein wichtiger Vorteil:
Wasserstoff kann über
klassische Infrastrukturen
zur Verfügung gestellt
Flaschenhals Sauerstoff
Heutige Brennstoffzellen seien relativ schwerfällig,
was die Stromerzeugung betrifft, so der
Materialwissenschaftler. Das liegt an einem chemischen
Engpass. Die Versorgung der Zelle mit
Sauerstoff aus der Luft, den diese benötigt, um
Strom zu erzeugen, ist eher schleppend. An der
Anode werden dem Wasserstoff Elektronen entzogen
(Oxidation). Diese fließen durch einen externen
Stromkreis und versorgen so einen Verbraucher,
etwa den Motor eines Elektrofahrzeugs. Die
entzogenen Elektronen landen dann an der
Kathode. Dort nimmt Sauerstoff die Elektronen
auf, der Stromkreis schließt sich. Der jetzt positiv
geladene Wasserstoff und der negativ geladene
Sauerstoff vereinigen sich zu Wasser.
In dieser Kette ist Sauerstoff das Hindernis, da
Wasserstoff in der Lage ist, Elektronen so schnell
abzugeben, dass der Sauerstoff mit der Aufnahme
nicht mitkommt. Der neue Katalysator wirkt
daher wie ein Turbolader in einem Verbrennungsmotor
und sorgt dafür, dass mehr Sauerstoff in
62 UMWELTTECHNIK- & ENERGIE-GUIDE 2018/19
werden.