Technologie

Mehr Strom aus Brennstoffzellen

17.07.2019 - Optimale Größe von Platin-Partikeln verdoppelt Katalysatorleistung.

Statt aus Batterien könnten auch Brenn­stoffzellen den Strom für Elektroautos liefern. Sie verbrennen Wasserstoff – ein Gas, das beispiels­weise aus überschüssigem Strom von Windkraft­werken erzeugt werden könnte. Allerdings ist das in Brennstoff­zellen für die Sauerstoff-Reduktions-Reaktion verwendete Platin selten und extrem teuer. Ein Forschungsteam der TU München um Roland Fischer, Aliaksandr Bandarenka und Alessio Gagliardi hat nun die Größe der Platin-Partikel so optimiert, dass sie doppelt so leistungs­fähig sind wie die besten derzeit kommerziell verfügbaren Verfahren.

Um die ideale Lösung zu finden, modellierte das Team das Gesamtsystem am Computer. Die zentrale Frage: Wie klein kann ein Häuflein Platin-Atome werden, um noch katalytisch hochaktiv sein zu können. „Es zeigte sich, dass es bestimmte optimale Platin-Haufen­größen geben könnte“, erklärt Fischer. Ideal sind danach etwa einen Nanometer große Partikel, die rund vierzig Platinatome enthalten. „Platin­katalysatoren dieser Größe haben ein kleines Volumen, aber eine große Zahl an stark aktiven Stellen, was zu einer hohen Massen­aktivität führt“, sagt Bandarenka.

Einen wichtigen Anteil am Erfolg der Forscher hat die inter­disziplinäre Zusammenarbeit am Zentrum für Katalyse­forschung (CRC). Theo­retische Fähig­keiten bei der Modellierung, gemeinsame Diskussionen sowie physi­kalisches und chemisches Wissen aus Experimenten führen letztlich zu einem Modell, wie sich Kata­lysatoren idealerweise in Form, Größe und Größen­verteilung der beteiligten Komponenten designen lassen. Zudem gibt es am CRC auch das Wissen, um die berechneten Platin-Nano­katalysatoren auch herzustellen und experimentell zu testen. „Dahinter steckt viel anorganische Synthese­kunst“, sagt Kathrin Kratzl.

Das Experiment bestätigte die theo­retischen Vorhersagen exakt. „Unser Katalysator ist doppelt so gut wie der beste handels­übliche Katalysator“, sagt Garlyyev. Noch reiche das nicht für kommerzielle Anwendungen aus, hier sei eine Reduzierung der Platinmenge von jetzt fünfzig auf bis zu achtzig Prozent notwendig. Neben sphärischen Nano­partikeln erhoffen sich die Forscher von weitaus komplexeren Formen eine höhere katalytische Aktivität. Genau für solche Model­lierungen sind die jetzt etablierten Rechenmodelle ideal. „Allerdings erfordern komplexere Formen noch komplexere Synthese­methoden“, sagt Bandarenka. Gemeinsame rechnerische und experi­mentelle Studien werden dabei in Zukunft immer wichtiger.

TUM / JOL

Weitere Infos

 

Die äußerst leisen, kompakten, ölfreien Pumpen

Die Modelle der neuen Scrollpumpenbaureihe HiScroll von Pfeiffer Vacuum sind ölfreie, hermetisch dichte Vakuumpumpen. Die kompakte Bauweise sowie leiser und vibrationsarmer Betrieb zeichnen die Neuentwicklungen besonders aus.

Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von Pfeiffer Vacuum in 3D!

 

HiScroll FunktionsVideo

 

Erfahren Sie mehr über die neue HiScroll Vakuumpumpe

Newsletter

Die Physik in Ihrer Mailbox – abonnieren Sie hier kostenlos den pro-physik.de Newsletter!

Einen Schritt weiterdenken – die neue Generation der Scrollpumpen:


Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von
Pfeiffer Vacuum.

 

Erfahren Sie mehr über die HiScroll Vakuumpumpen

Bleistift, Papier und die eine Idee, die die Zukunft verändert

Quantentechnologie, künstliche Intelligenz, additive Fertigung: Michael überführt neueste Erkenntnisse in fortschrittliche Technologien bei ZEISS. Was ihn antreibt? „Einfluss darauf nehmen, wie unsere Gesellschaft lebt und arbeitet.“

Mehr Informationen

Bleistift, Papier und die eine Idee, die die Zukunft verändert

Quantentechnologie, künstliche Intelligenz, additive Fertigung: Michael überführt neueste Erkenntnisse in fortschrittliche Technologien bei ZEISS. Was ihn antreibt? „Einfluss darauf nehmen, wie unsere Gesellschaft lebt und arbeitet.“

Mehr Informationen