Förderung grüner Energie: Durchbruch in der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie

von Henrik Andersen
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hydrogen fuel cell breakthrough

In der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie wurden erhebliche Fortschritte erzielt, die insbesondere zu einer Kostensenkung führten. Diese Errungenschaft, ein Ergebnis gemeinsamer Forschungsanstrengungen, beinhaltet den Ersatz von Platin durch Silber in Katalysatoren und ebnet so den Weg für erschwinglichere und effizientere grüne Energiespeicherlösungen.

Da sich die Welt zunehmend erneuerbaren Energien zuwendet, ist die effektive Speicherung von Energie in Zeiten, in denen erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind nicht verfügbar sind, ein wesentliches Hindernis.

Die Wasserstoff-Brennstoffzelle, eine wichtige Lösung in dieser Hinsicht, hat erhebliche Fortschritte gemacht. Dies ist der bahnbrechenden Forschung des SLAC National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums, der Stanford University und des Toyota Research Institute (TRI) zu verdanken. Diese Forschung wurde später durch eine Zusammenarbeit zwischen Stanford und dem Technion Israel Institute of Technology in einem praktischen Umfeld angewendet.

Michaela Burke Stevens, außerordentliche Wissenschaftlerin am gemeinsamen SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis des SLAC und der Stanford University und leitende Autorin der Studie, betonte das Potenzial von Wasserstoff-Brennstoffzellen bei der Energiespeicherung und -umwandlung und nutzte Wasserstoff als Alternative zu herkömmlichen Brennstoffen wie Benzin. Sie wies jedoch auf die hohen Betriebskosten von Brennstoffzellen hin.

Die Kostenherausforderung bei Brennstoffzellen

Burke Stevens wies darauf hin, dass die hohen Kosten größtenteils auf die Verwendung teurer Metalle der Platingruppe (PGM) im Katalysator zurückzuführen seien, der für die chemische Reaktion in Brennstoffzellen unerlässlich sei. Dies veranlasste ihr Team, nach Möglichkeiten zur Kostensenkung zu suchen, indem ein Teil des PGM durch eine günstigere Alternative, Silber, ersetzt wurde. Die Veränderung der grundlegenden Chemie von Brennstoffzellen stellt jedoch erhebliche Herausforderungen dar, da Katalysatoren, die unter Laborbedingungen funktionieren, in praktischen Anwendungen häufig versagen.

Diesem Forschungsteam gelang es, die Kosten auszugleichen, indem es PGMs teilweise durch Silber ersetzte. Der Durchbruch gelang durch die Vereinfachung des Verfahrens zum Aufbringen des Katalysators auf die Elektroden der Zelle, wie ein dünner Silber-Palladium-Film auf einer porösen Kohlenstoffelektrode zeigt.

Bei herkömmlichen Methoden wird der Katalysator in einer Flüssigkeit gemischt und auf der Netzelektrode verteilt, was häufig zu inkonsistenten Ergebnissen in verschiedenen Laborumgebungen führt. Um dieses Problem zu lösen, nutzte das SLAC-Team eine Vakuumkammer für eine kontrolliertere Katalysatorabscheidung auf Elektroden. Tom Jaramillo, Direktor von SUNCAT, betonte die Reproduzierbarkeit dieser Methode.

Verbundforschung und ihre praktischen Implikationen

Um die Anwendbarkeit der Methode auf Brennstoffzellen im Originalmaßstab sicherzustellen, arbeitete das Team mit Experten am Technion zusammen, die die Methode in einer praktischen Brennstoffzellenumgebung validierten. Die vom Stanford-Doktoranden José Zamora Zeledón mit Dario Dekel vom Technion und dem Doktoranden John Douglin initiierte Partnerschaft hat erfolgreich gezeigt, dass der Ersatz teurer PGMs durch Silber in den Katalysatoren zu ebenso wirksamen, aber erschwinglicheren Brennstoffzellen führen könnte. Dies eröffnet Möglichkeiten für weitere ehrgeizige Forschung in der Katalysatorentwicklung.

Jaramillo und Dekel zeigten sich beide begeistert über die potenziellen Auswirkungen dieser Partnerschaft sowohl auf die akademische Forschung als auch auf praktische Anwendungen in der Brennstoffzellenindustrie. Jaramillo betonte, wie wichtig es sei, die Kosten für die breitere Einführung von Brennstoffzellen in Anwendungen wie Schwerlasttransport und sauberer Energiespeicherung zu senken.

Diese am 9. November 2023 in Nature Energy veröffentlichte Studie wurde teilweise vom Office of Science des DOE über das SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, ein gemeinsames Institut von SLAC und Stanford, und das Toyota Research Institute finanziert.

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zum Durchbruch bei der Wasserstoff-Brennstoffzelle

Was ist der jüngste Durchbruch in der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie?

Der jüngste Durchbruch in der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie beinhaltet die Verwendung von Silber anstelle von Platin in Katalysatoren, wodurch die Kosten erheblich gesenkt und die Machbarkeit grüner Energiespeicherlösungen verbessert werden.

Wie wirkt sich dieser Durchbruch auf die Kosten von Wasserstoff-Brennstoffzellen aus?

Durch den Ersatz teurer Platingruppenmetalle (PGM) durch Silber im Katalysator werden die Kosten von Wasserstoff-Brennstoffzellen erheblich gesenkt, was sie zu einer erschwinglicheren Option für die Energiespeicherung und -umwandlung macht.

Welche Institutionen waren an dieser Wasserstoff-Brennstoffzellenforschung beteiligt?

Die Forschung war eine Gemeinschaftsarbeit zwischen dem SLAC National Accelerator Laboratory des Energieministeriums, der Stanford University, dem Toyota Research Institute (TRI) und dem Technion Israel Institute of Technology.

Was ist die größte Herausforderung bei der Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellen?

Die größte Herausforderung bei der Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellen besteht darin, eine effiziente und kostengünstige Möglichkeit zur Energiespeicherung zu finden, insbesondere in Zeiten, in denen erneuerbare Energiequellen wie Sonne und Wind nicht verfügbar sind.

Wie kommt die neue Katalysatorzusammensetzung Wasserstoff-Brennstoffzellen zugute?

Die neue Katalysatorzusammensetzung, die Silber enthält, bietet eine kostengünstigere Alternative zu herkömmlichen Katalysatoren auf Platinbasis und macht Wasserstoffbrennstoffzellen zu einer praktikableren Option für den breiten Einsatz bei der Energiespeicherung und -umwandlung.

Welche zukünftigen Auswirkungen hat diese Wasserstoff-Brennstoffzellen-Forschung?

Dieser Durchbruch ebnet den Weg für mehr Forschung zu kostengünstigen und effizienten Katalysatoren und könnte möglicherweise zu einer breiteren Einführung von Wasserstoff-Brennstoffzellen in Bereichen wie Schwerlasttransport und sauberer Energiespeicherung führen.

Mehr über den Durchbruch bei der Wasserstoff-Brennstoffzelle

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5 Kommentare

Tom Johnson Dezember 19, 2023 - 3:29 am

Also haben sie Platin durch Silber ersetzt? Das ist interessant … aber wie wird sich das auf die Langzeithaltbarkeit der Brennstoffzellen auswirken?

Antwort
Jane Smith Dezember 19, 2023 - 3:35 am

Wow, das sind großartige Neuigkeiten für grüne Energie! Endlich ein echter Fortschritt, um es erschwinglich zu machen.

Antwort
Sarah Gomez Dezember 19, 2023 - 6:10 am

Lesen Sie darüber in Nature Energy, eine wirklich detaillierte Studie. Zeigt, wie viel Potenzial in der Technologie für erneuerbare Energien steckt!

Antwort
Emily Clark Dezember 19, 2023 - 2:48 pm

Es ist großartig zu sehen, dass so große Namen wie Stanford und Toyota dies unterstützen, denn es handelt sich nicht nur um ein kleines Experiment.

Antwort
Mark Lee Dezember 19, 2023 - 9:44 pm

Ich bin gespannt, wie sich das auf die Gesamteffizienz der Brennstoffzelle auswirkt. Geht es nur um die Kosten oder gibt es auch andere Vorteile?

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