Technische Universität Berlin - 21.10.2015
TUB: Durchbruch bei der Vermessung von biologisch inspirierten Katalysatoren für Brennstoffzellen
Ein wissenschaftliches Problem ist gelöst: Forschern des TU-Fachgebietes "Elektrochemische Katalyse und Materialien" von Prof. Dr. Peter Strasser gelang es erstmals, die Zahl und die Aktivität der aktiven Oberflächenatome eines der Natur nachempfundenen edelmetallfreien Katalysators für Wasserstoffbrennstoffzellen genau zu beziffern / Arbeit wird heute in Nature Communications veröffentlicht
Als zentrale Energiequelle in wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen wird
die Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEM-BZ) seit einigen Jahren
beforscht. In der PEM-BZ wird die chemische Energie des Wasserstoffs und
des Sauerstoffs der Luft in elektrische Energie gewandelt. Das einzige
Reaktionsprodukt ist Wasser. Um eine hinreichende elektrische Leistung zu
gewährleisten, sind chemische Katalysatoren an der Wasserstoff- und
Sauerstoffseite der PEM-BZ nötig. In solchen Katalysatoren spielt die Zahl
und individuelle katalytische Aktivität der den Gasen zugänglichen Atome
des Katalysators eine zentrale Rolle für die PEM-BZ-Leistung. Während für
die üblicherweise verwendeten platinhaltigen Katalysatoren Zahl und
Aktivität der reaktiven Atome in Katalysatoren gut zugänglich ist, war die
Quantifizierung dieser beiden Grössen für eine neuere Generation von
völlig platinfreien, kostengünstigeren Katalysatoren bisher unmöglich. Das
hat die Entwicklung von verbesserten Katalysatoren stark behindert.
Forschern aus dem TU-Fachgebiet "Elektrochemische Katalyse und Materialien" um Prof. Dr. Peter Strasser in Zusammenarbeit mit Forschern der TU Darmstadt haben dieses Problem gelöst. Der Artikel wird heute in Nature Communications publiziert. Die Wissenschaftler nutzten den Effekt, dass Kohlenmonoxidgasmoleküle sich bei tiefen Temperaturen unter minus 50 Grad Celsius mit den aktiven Atomen des Katalysators in bestimmten Verhältnissen verbinden. Die Bestimmung der Menge an gebundenen Gasmolekülen liefert daher ein Maß für die Zahl der aktiven Katalysatoratome und die individuelle Aktivität der Atome. Kombiniert mit anderen Daten konnten die Forscher sogar einen sogenannten Katalysatornutzungsgrad bestimmen. Dieser erlaubt Vorhersagen zur maximal möglichen Leistungsfähigkeit eines Katalysators und damit letztlich der PEM-BZ.
Der von Prof. Dr. Peter Strasser und Prof. Dr. Ulrike Kramm beschriebene Durchbruch zur Quantifizierung der Katalysatoreigenschaften ermöglicht eine verständnis-basierte Verbesserung der Stabilität und Aktivität von der Natur nachempfundenen platinfreien Katalysatoren für PEM-BZ. Er ist damit ein wichtiger Beitrag für die Erforschung und Entwicklung kostengünstigeren und nachhaltigeren PEM-BZ als zentrale Energiequelle in wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen.
Originalveröffentlichung:
Nastaran Ranjbar Sahraie, Ulrike I. Kramm, Julian Steinberg, Yuanjian
Zhang, Arne Thomas, Tobias Reier, Jens-Peter Paraknowitsch and Peter
Strasser, Quantifying the density and utilization of active sites in
non-precious metal oxygen electro-reduction catalysts, Nat. Commun. 2015,
10.1038/ncomms9618
Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung unter:
http://idw-online.de/de/institution52
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Quelle:
Informationsdienst Wissenschaft e. V. - idw - Pressemitteilung
Technische Universität Berlin, Stefanie Terp, 21.10.2015
WWW: http://idw-online.de
E-Mail: service@idw-online.de
veröffentlicht im Schattenblick zum 23. Oktober 2015
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