Fahrzeuge, die mit Wasserstoff-Brennstoffzellen angetrieben werden, welche nur Wasserdampf ausstoßen, sind eine der besten möglichen Alternativen zu den umweltverschmutzenden herkömmlichen Automotoren, die für 30 Prozent aller Kohlenstoffemissionen in den Vereinigten Staaten verantwortlich sind.
Der Haken an der Sache? Die Katalysatoren, die benötigt werden, damit diese Brennstoffzellen mit ausreichender Leistung betrieben werden können, enthalten seltene und teure Metalle wie Platin, und es gibt einfach nicht genug von diesen Metallen, um die breite Einführung dieser Technologie zu unterstützen. Es ist nach wie vor eine Herausforderung, aus weniger Platin mehr Leistung herauszuholen. Doch ein Team unter der Leitung von UCLA-Professor Yu Huang hat möglicherweise einen Ausweg gefunden.
Notwendigkeit von Platin reduzieren
In einer kürzlich veröffentlichten Studie beschreiben sie die Verwendung einer hochleistungsfähigen Platin-Kobalt-Legierung, die den Bedarf an Platin allein reduziert. Anschließend zerlegten sie diese Legierung in winzige Teilchen – jedes etwa 3 nm lang – und betteten jedes Teilchen in eine winzige Graphen-„Nanotasche“ ein, in der Hoffnung, es stabil zu halten und seine Haltbarkeit zu verbessern.
Als sie ihre neuen Katalysatoren in eine Brennstoffzelle integrierten, waren die Ergebnisse selbst für sie überraschend. Ihr spezielles System übertraf die ehrgeizigen Ziele des US-Energieministeriums in Bezug auf die Stabilität von Wasserstoff-Brennstoffzellen, den geringen Platinverbrauch und die Leistung:
75-mal mehr katalytische Aktivität
65 Prozent mehr Leistung
etwa 20 Prozent mehr katalytische Aktivität am erwarteten Ende der Lebensdauer der Brennstoffzelle
etwa 35 Prozent weniger Leistungsverlust nach Tests, die 6.000 bis 7.000 Betriebsstunden simulieren, womit das Ziel von 5.000 Stunden zum ersten Mal übertroffen wird
fast 40 Prozent weniger Platin pro Fahrzeug
„So etwas hat es noch nie gegeben“, sagte Professor Huang, Vorsitzender der Abteilung für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der Samueli School of Engineering der UCLA und Mitglied des California NanoSystems Institute an der UCLA. „Diese Entdeckung war ein wahrer Glücksfall. Wir wussten, dass wir etwas gefunden hatten, das kleinere Partikel stabil machen könnte, aber wir hatten nicht erwartet, dass es so gut funktionieren würde.“
Das Team arbeitet nun daran ihre experimentellen Ergebnisse in praktische Technologien umzusetzen, die auf den Markt gebracht werden können und hoffentlich zu den Bemühungen um grüne Energie und Nachhaltigkeit beitragen.
