Optimierung der Brennstoffzelle durch kristalline Ketten mit hoher Regelmäßigkeit

Chi-Yeong Ahn und sein Team von der Seoul National University haben dank einer neuen Imprägnierung die Effizienz von Brennstoffzellen erheblich verbessert. In einer Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle wandern Protonen, also die Kerne eines Wasserstoffatoms, durch eine protonenleitende Membran von der Anode zur Kathode. Eine derart behandelte Membran bindet Katalysatoren an sich.

Das wiederum geschieht in verwässertem Alkohol unter Nutzung eines superkritischen Mediums. Superkritisch bedeutet für ein Gas oder eine Flüssigkeit eine manchmal drastische Änderung der Eigenschaften. Der Zustand ist abhängig von Temperatur und Druck. Lebensdauer und Leistung von Brennstoffzellen des Typs PEFC sind von Schlüsselkomponenten wie Membran und Katalysator abhängig.

Platin-Kohlenstoff-Verbindung als Kat

Den Forschern ging es um die Verbesserung der Membran. Als Katalysator setzten sie wie üblich eine Platin-Kohlenstoff-Verbindung ein. Ausgangsmaterial war Nafion, ein in den 1960er-Jahren entwickelter Kunststoff. Nach der Behandlung in einem Isopropyl-Wasser-Gemisch in superkritischer Umgebung lag das Nafion in Partikeln vor, die Größe betrag etwa 100 Nanometer. Die Forscher sprachen von einer Nanodispersion. Diese Dispersion wandelten sie in einen Feststoff um.

Röntgenuntersuchungen zeigten, dass das Material Ketten aus Kristallen mit verbesserter Regelmäßigkeit bildete, verglichen mit unbehandeltem Nafion. Die Oberflächenbeschaffenheit beobachtete das Team unter dem Elektronenmikroskop, mit der Quecksilberporosimetrie bestimmten sie die Porosität des modifizierten Materials. Die Folgen aller Modifikationen waren eine verbesserte Protonenleitfähigkeit und eine Reduzierung des inneren Widerstands. Das versprach eine verbesserte Leistung und Lebensdauer der so aufgebauten Zellen. (pte)

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