Leistungsfähigere Katalysatoren für Brennstoffzellen / 15.08.2017

Neue Nanopartikelsysteme senken Platinbedarf

Membran-Elektroden-Einheit (MEA) einer Brennstoffzelle © Forschungszentrum Jülich

Mit möglichst geringem Platin-Aufwand leistungsfähige Katalysatoren für Brennstoffzellen herstellen: Mit diesem Ziel entwickeln und testen Forscher neue, katalytisch aktivere Nanopartikelkompositen. Diese wollen sie für optimierte Membran-Elektroden-Einheiten von Brennstoffzellen nutzen.

 

Im Projekt HiKAB (Hierarchische Kompositnanopartikelsysteme zur Anwendung in Brennstoffzellen) arbeiten sie daran, Brennstoffzellen durch Optimierung der chemischen Prozesse bei der Umwandlung der Brennstoffe zu verbessern.

Platin-haltige Nanopartikel als Katalysatoren

Die Aufnahmen links und in der Mitte zeigen Kohlenstoffnanoröhren, die auf einem Edelstahlgitter wachsen. Die Kohlenstoffnanoröhren rechts sind mit Nanopartikeln belegt. Dieses Foto ist ergänzt durch die schematische Zeichnung eines Nickel-Platin-Kern-Schale-Nanopartikels. © Hauke Heller, Universität Hamburg

Diese Prozesse finden an Katalysatoren statt, bei denen es sich üblicherweise um platinhaltige Partikel mit einer Größe im Bereich von wenigen Nanometern handelt. Im Projekt wird die benötigte Platinmenge in einem Katalysatorpartikel durch Aufbringung einer dünnen Platinschale auf einen Kern aus Nickel reduziert werden. Dadurch lässt sich gegenüber reinen Platinkatalysatoren nicht nur teures Platin einsparen, sondern bei der untersuchten Sauerstoffreduktionsreaktion gleichzeitig noch die Leistung erhöhen.

Kohlenstoff-Nanoröhren als Trägersubstrat

Weitere Verbesserungen sollen durch eine hierarchische Strukturierung erzielt werden. Dabei werden die Katalysatorpartikel auf elektrisch außerordentlich gut leitfähigen Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden, so dass die an den Katalysatoren gewonnene elektrische Ladung möglichst widerstandsfrei abgeleitet werden kann.

Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten

Innerhalb des Projektes wird die Universität Hamburg Synthesen von verschiedenen Kern-Schale-Nanopartikelsystemen im Labormaßstab durchführen und für diese eine erste Evaluation vornehmen. Dabei legen die Forscher besonderen Wert auf eine Übertragbarkeit der Synthesen auf den kontinuierlichen Flussreaktor. In diesem wird die CAN GmbH dann größere Mengen der vielversprechendsten Nanopartikelsysteme synthetisieren. Die Nanopartikel werden konventionell oder auf hierarchischen Strukturen geträgert und von dem Forschungszentrum Jülich bei der Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) verwendet. Die MEAs werden in Jülich ausführlich charakterisiert und final von der SFC Energy AG in kommerziellen Brennstoffzellensystemen verbaut und getestet.

 

Brennstoffzellen beruhen auf der „kalten Verbrennung“ von verschiedensten Brennstoffen, wie zum Beispiel Wasserstoff, und wandeln die darin enthaltene chemische Energie sehr effizient in elektrische Energie um. Sie stellen daher einen wichtigen Baustein für die Energieversorgung der Zukunft dar.

Mehr zum Projekt

Verbundprojekt:
Hierarchische Kompositnanopartikelsysteme zur Anwendung in Brennstoffzellen – Entwicklung und kontinuierliche Herstellung HiKAB

Förderkennzeichen:
03ET1435A-C

Laufzeit: 
01.04.2017-31.03.2020

Projektbeteiligte

Projektleitung, Synthese von metallischen Nanopartikeln in einem kontinuierlichen Flussreaktor
Centrum für Angewandte Nanotechnologie (CAN) GmbH, Hamburg

Dr. Christoph Gimmler
cgatcan-hamburg.de

Synthese und Trägerung metallischer Nanopartikel im Labormaßstab
Universität Hamburg - Fachbereich Chemie - Institut für Physikalische Chemie

Herstellung und Charakterisierung von Elektroden und Membran-Elektroden-Einheiten
Forschungszentrum Jülich GmbH - Institut für Energie- und Klimaforschung - Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)

Spezifizieren und Testen der MEAs für/in kommerziellen Systemen
SFC Energy AG, München

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.