den Zylindern landet, sodass die Leistung letztlich
signifikant steigt.
Der neue Kat basiere, wie so viele technische Fortschritte,
auf der Nanotechnologie. Es ist ein zweistufiger
Prozess: Zunächst sorgt der Katalysator
dafür, dass Sauerstoff Elektronen, die der Wasserstoff
auf der anderen Seite des Stromkreises liefert,
schnell aufsaugt. Es entstehen negativ geladene
Ionen, die sich in der Struktur der Nanopartikel
einnisten. Von dort aus gelangen sie zu ihrer Endposition
und vereinigen sich mit Wasserstoffionen.
„Der Sauerstoff bewegt sich sehr schnell und
dringt in die Brennstoffzelle ein. Dort trifft er auf
ionisierten Wasserstoff“, erklärt Liu. Oder auf
Methanmoleküle, wenn die Brennstoffzelle damit
versorgt wird. In diesem Fall entsteht allerdings
nicht nur Wasser, sondern auch Kohlendioxid.
Die Nanopartikel sind zweigeteilt. Beide basieren
auf Kobalt, welches in Sektion eins mit Barium
und in Sektion zwei mit dem Seltenerdmetall
Praseodym angereichert ist.
Kobalt statt Platin
Auch David Kisailus, Professor für innovative
Energien an der University of California, und sein
Team haben einen neuen Katalysator, der
die Kosten für die Herstellung von Brennstoffzellen
drastisch senken soll, entwickelt. Sie
setzen als Basismaterial allerdings poröse Kohlenstofffasern
ein, deren Durchmesser im Nanobereich
liegt. Diese kombinieren sie mit einem
Materialmix auf der Basis des relativ häufig
vorkommenden Elements Kobalt. Dessen Preis
sei hundertmal geringer als der für Platin, ein
häufig genutztes Material für Brennstoffzellenkatalysatoren.
Kisailus hat sich die Polymerelektrolyt- oder
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle
(PEMFC) vorgenommen. Das ist eine sogenannte
Niedrigtemperaturbrennstoffzelle, die zwischen
60 und 120 Grad Celsius arbeitet. Ihr Charakteristikum
ist ein Elektrolyt aus Kunststoff. Dieser
trennt Wasserstoff von Luft beziehungsweise Sauerstoff,
damit diese sich nicht explosionsartig wie
bei der Knallgasexplosion miteinander verbinden,
sondern langsam oxidieren und somit reduziert
werden. Bei diesem Prozess fließt nutzbarer elektrischer
Strom.
Der Kat zerlegt Wasserstoffatome in Protonen,
elektrisch positiv geladene Atomkerne und negativ
geladene Elektronen. Wenn das System mit
Sauerstoff gefüttert wird, der mit Strom produziert
wird und bei dessen Erzeugung kein
Kohlendioxid entsteht, bleibt die Umwelt völlig
unbelastet. Die Forscher stellen aus den angereicherten
Kohlenstofffasern mithilfe des
Elektrospinnver fahrens extrem dünne, flexible
Blätter her. Wenn diese auf eine bestimmte
2018/19 UMWELTTECHNIK- & ENERGIE-GUIDE 63
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