Nanostrukturierte Hochleistungskatalysatoren für Wasserstoff-Fahrzeuge

11.03.2016 - Deutschland

Können nanostrukturierte Kern-Schale-Katalysatoren in anwendungsnahen automobilen und industriellen Brennstoffzellen eingesetzt werden, damit bei der elektrochemischen Umwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff Elektrizität entsteht? Mit dieser Frage beschäftigt sich das Forschungsprojekt „Low Pt Catalysts“, das auf dem volkswirtschaftlich wichtigen Gebiet der elektrochemischen Katalyseprozesse angesiedelt ist. Nanostrukturierte Kern-Schale-Katalysatoren bestehen aus einem platinarmen Kern, umgeben von einer hauchdünnen platinreichen Schale. Dadurch wird die benötigte Platinmenge reduziert, denn Platin ist teuer. Außerdem katalysiert die Platinschale die chemischen Prozesse um ein Vielfaches besser als reines Platin. In dem Vorhaben soll nun untersucht werden, ob die an der TU Berlin etablierten nanotechnologisch-chemischen Synthesemethoden der Katalysatoren auf industriell übliche Produktionsskalen übertragbar sind. Dabei werden die am TU-Fachgebiet „Elektrochemische Katalyse und Materialien“ entdeckten nanostrukturierten Kern-Schale-Katalysatoren erstmals in automobilen Brennstoffzellen getestet.

Prof. Dr. Peter Strasser leitet das Fachgebiet und ist Sprecher des Projektes. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 800.000 Euro gefördert. Die TU-Chemiker arbeiten mit zwei deutschen Industriepartnern im Bereich automobiler Brennstoffzellen zusammen.
Mit der Entwicklung neuer Katalysatoren für Hochtemperaturbrennstoffzellen befasst sich ein zweites Verbundprojekt. Solche Brennstoffzellsysteme, die bei 120 bis 180 Grad Celsius arbeiten, können in stationären, dezentralen Aggregaten zur sauberen und effizienten Erzeugung von elektrischer Energie für Gebäude zum Einsatz kommen. Die TU-Chemiker werden hierbei Edelmetallpartikel mit wenigen Nanometern Durchmesser auf neuartige chemische Trägermaterialien aufbringen und das dynamische Verhalten dieser Metallpartikel, wie ihre Größenverteilung und ihr Wachstumsverhalten, auf molekularer Ebene studieren. Die Trägermaterialen haben dabei die wichtige Aufgabe, die katalytisch aktiven Partikel zu stabilisieren und die Elektronen zu- und von ihnen abzuleiten. Ziel ist eine verbesserte chemische Anbindung der Metallpartikel an den Träger, der den Katalysator bei den erhöhten Betriebstemperaturen zuverlässiger machen soll. 400.000 Euro fließen in diese Forschung an Peter Strassers Fachgebiet. Zu den Partnern gehören die FU Berlin, die Universität Stuttgart, die Universität Freiburg sowie das Fraunhofer Institut für Chemische Technik (ICT).

In beiden Projekten werden die chemischen Grundlagen und anwendungsrelevanten Aspekte neuer Katalysatoren zur direkten elektrochemischen Umwandlung von Wasserstoff in Elektrizität erforscht. Brennstoffzellen können in der stationären Energieversorgung und im Individualverkehr einen essentiellen Beitrag zur Erreichung der energie- und umweltpolitischen Ziele der Bundesrepublik Deutschland leisten.

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