Brennstoffzellen dank Graphen bald billiger
Katalysator aus Kohlenstoffmaterial und Platin ist langlebiger als bisherige Reaktionsbeschleuniger
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Faisal Alamgir (Mitte) mit Platin-Graphen-Katalysatormodul (Foto: A. Carter) |
Atlanta (pte003/20.09.2019/06:10) Platin ist ein guter Katalysator für Brennstoffzellen, die Wasser- und Sauerstoff verschmelzen, sodass elektrische Energie frei wird. Das funktioniert, wenn man das Edelmetall, das nur zwei Atomlagen dick ist, "walzt". Kombiniert mit Graphen, funktioniert es noch besser. Dies ist das Ergebnis von Forschungsarbeiten am Georgia Institute of Technology http://gatech.edu .
Platin-Film kostet fast nichts
Materialwissenschaftler Faisal Alamgir hat sich zum Ziel gesetzt, die Menge an Platin zu reduzieren. Die Verwendung des Edelmetalls ist einer der Gründe für die immer noch hohen Kosten von Brennstoffzellen. Während viele Forscher Alternativen zu Platin suchten, die letztlich oft erfolglos blieben, setzen Alamgir und sein Team auf eine Minimierung. Denn ein nur zwei Atomlagen dicker Film kostet fast nichts.
In Kombination mit Graphen konnten die Forscher die aktive Oberfläche des Edelmetalls vergrößern und damit auch dessen katalytische Wirkung. Der neue Katalysator ist zudem so unempfindlich, dass er weitaus länger hält als bisherige Reaktionsbeschleuniger. Auch das trägt letztlich zur Kostensenkung bei Brennstoffzellen bei.
Platin-Katalysatoren bestehen aus Nanopartikeln, die auf einer Unterlage kleben. Obwohl sie extrem klein sind, tragen nur die Platin-Atome, die sich an der Oberfläche befinden, zur katalytischen Wirkung bei. Die überwiegende Mehrheit ist nicht beteiligt. In Alamgirs System tragen alle Atome dazu bei, dass Wasser- und Sauerstoff miteinander reagieren.
Graphen schützt Platin vor Verschleiß
Die Forscher haben den dünnen Film nicht durch Walzen, sondern mit der sogenannten Elektrochemischen Abscheidung hergestellt. In einer Vakuumkammer werden die Platin-Atome auf einem Graphen-Film abgeschieden. Die Forscher versuchten es mit Dicken von einem, zwei und drei Atomen. Die mittlere Variante erwies sich als besonders effektiv und langlebig. Das liegt daran, dass die Kräfte zwischen den Edelmetallatomen selbst und zwischen diesen und dem Graphen in diesem Fall besonders stark sind.
Überrascht waren die Forscher, als sie entdeckten, dass die katalytische Wirkung sich nicht ändert, wenn die Graphen-Seite in Richtung Reaktionsraum ausgerichtet wird. Dies hat einen großen Vorteil: Das besonders stabile Graphen kann so das empfindlichere Platin schützen.
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