Hochtemperatur-Elektrolyse Energiespeicher Wasserstoff effizienter gewinnen

Um Energie zu speichern kann man Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufspalten. An der TU Wien wurden nun überraschende Effekte entdeckt, die deutlich effizientere Hochtemperatur-Elektrolyse ermöglichen.

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Wien/Österreich – Auf den ersten Blick sieht es ganz einfach aus: Man trennt Wasser mit Hilfe von elektrischer Spannung in Wasserstoff und Sauerstoff. Den Wasserstoff kann man dann speichern um später daraus Energie zurückzugewinnen. Doch wenn man dieses Prinzip der Wasser-Elektrolyse in der Praxis effizient ablaufen lassen möchte, braucht man Katalysatoren, an denen komplizierte chemische Vorgänge ablaufen.

An der TU Wien wurde nun entdeckt, dass sich Elektroden aus einem speziellen Material – einem sogenannten gemischtleitenden Perowskit – bei der Hochtemperatur-Elektrolyse ganz untypisch verhalten, wodurch Wasserstoff viel effizienter produziert werden kann als sonst. Möglich wurde diese Entdeckung, indem man das Material an der Synchrotron-Anlage BESSY in Berlin mit Hilfe von Röntgenstrahlung beobachtete und es so direkt während der chemischen Reaktion in Echtzeit analysieren konnte.

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Elektrolyse – Auf die Elektroden-Oberfläche kommt es an

„Bei der Elektrolyse kommt es nicht bloß auf die angelegte elektrische Spannung an, sondern ganz besonders auch auf die chemische Beschaffenheit der Elektroden-Oberfläche“, erklären die Elektrochemiker Alexander Opitz und Andreas Nenning (TU Wien). Benötigt wird ein guter Katalysator – ein Material, das an seiner Oberfläche die Aufspaltung des Wassers erleichtert. An der TU Wien beschäftigte man sich mit Perowskit-Elektroden, die aus Sauerstoff, Lanthan, Strontium und Eisen aufgebaut sind.

Um genau zu verstehen, was während der Elektrolyse an der Perowskit-Oberfläche vor sich geht, wandte das Team eine ganz besondere Technik an: „Mit Röntgenstrahlen, die an der Elektrodenoberfläche Elektronen aus dem Material schlagen, untersuchen wir den chemischen Zustand der Oberflächenatome.“, erklärt Physikochemiker Christoph Rameshan (TU Wien).

Erstmals gelang es dem Team der TU Wien, diese Analysetechnik direkt während des Elektrolyse-Prozesses durchzuführen und die Materialveränderung in Echtzeit mitzuverfolgen. „Würden wir die Oberfläche erst nachher untersuchen, nachdem keine elektrische Spannung mehr an der Elektrode anliegt, hätte sich ihr Zustand längst wieder verändert und wir bekämen völlig andere Ergebnisse“, sagt Andreas Nenning.

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