Beigabe von Gold bremst Zerfall von Platin-Nanopartikel in der Kathode

Ein klein wenig Gold könnte Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (PEM), die bei Wasserstoff-Fahrzeugen zum Einsatz kommen, wesentlich langlebiger machen. Das zeigt eine Studie unter Leitung des Argonne National Laboratory (ANL). Bislang ist nämlich der relativ schnelle Zerfall von Platin-Nanopartikeln in der Kathode der Zelle ein Problem. Eben diesen haben die Forscher genau analysiert und aufgrund ihrer Erkenntnisse versucht, den Zerfallsprozess durch eine Beigabe von Gold zu bremsen - mit Erfolg.

Bei PEM-Brennstoffzellen kommen für hohe Effizienz Kathoden mit in Kohlenstoff eingebetteten Platin-Nanopartikeln zum Einsatz. Doch diese Edelmetall-Partikel lösen sich im Betrieb, wenn es an der Kathode zu einem Sauerstoff-Reduktionsprozess kommt, relativ schnell auf. Dieser Materialabbau beeinflusst den Langzeitbetrieb der Brennstoffzelle und stellt ein Hindernis für die Nutzung von Brennstoffzellen im Transportwesen dar, besonders bei Schwerlastanwendungen wie Langstrecken-LKWs, so der ANL-Materialwissenschaftler Vojislav Stamenkovic. Er und seine Kollegen haben daher analysiert, wie genau der Zerfall elektrochemisch vor sich geht.

Dazu hat das Team Methoden entwickelt, um den Vorgang bis hinunter auf der atomaren Ebene zu beobachten. Durch das so gewonnene fundamentale Verständnis des Zerfallsprozesses war es dem Team möglich, robustere Strukturen für die Platin-Nanopartikel zu entwickeln. "Wir konnten auch Strategien identifizieren, um Gold zu nutzen, um das Platin zu schützen", so Studienleiter Pietro Papa Lopes. Das zweite Edelmetall kann demnach viel bewirken. Denn Partikel mit Gold bieten laut Studie eine bis zu 30 mal höhere Haltbarkeit als reine Platin-Nanopartikel - was langlebigere Kathoden und somit Brennstoffzellen in Aussicht stellt. (pte)

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