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Brennstoffzellen

Forscher sparen 90 % Platin in Katalysatormaterial für Brennstoffzellen

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Wie die Lebensdauer der Katalysatoren von ihrer atomaren Komposition abhängt und sich optimieren lässt, untersuchte das Forscherteam mit Hilfe ultrahochauflösender Elektronenmikroskopie am Ernst Ruska-Centrum (ER-C), einer Einrichtung der Jülich Aachen Research Alliance. „Entscheidend beim Verständnis der Lebensdauer der Katalysatoren war die Beobachtung, dass Nickel und Platinatome sich nicht gleichverteilt an der Oberfläche der Nanooktaeder platzieren wollen“, erläutert Dr. Marc Heggen vom ER-C und vom Jülicher Peter Grünberg Institut. „Dies ist zwar für die Reaktivität von Vorteil, begrenzt aber die Lebensdauer.“

Um mit atomarer Genauigkeit zu erkennen, wo sich welches Element befindet, nutzten die Forscher eine Methode, bei der der Elektronenstrahl eines der weltweit höchstauflösenden Elektronenmikroskope fein gebündelt durch die Probe geschickt wird und durch die Wechselwirkungen mit der Probe einen Teil seiner Energie verliert. Jedes Element in der Probe kann damit wie mit einem Fingerabdruck identifiziert werden. Herkömmliche Elektronenmikroskope können solche chemischen Signaturen nicht mit atomarer Auflösung erkennen.

Große Effizienzsprünge erwartet

„Insgesamt liefert diese bahnbrechende experimentelle Arbeit den direkten Beweis, dass eine richtige Wahl der geometrischen Form der Katalysatorpartikel für die Optimierung ihrer Funktion ebenso wichtig ist wie die Wahl ihrer Zusammensetzung und ihrer Größe“, betont Prof. Peter Strasser von der TU Berlin. „Dies gibt Forschern neue Möglichkeiten an die Hand, Funktionsmaterialien, insbesondere Katalysatoren für die Energiespeicherung immer weiter zu verbessern.“ Aktuellste Arbeiten aus der Arbeitsgruppe Strasser deuten darauf hin, dass große Effizienzsprünge auch für die Spaltungsreaktion von Wasser in Sauerstoff in Elektrolyseuren möglich sind, wo das noch teurere Edelmetall Iridium zum Einsatz kommt.

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