Mikroporöse Elektroden erreichen hohe Leistungsdichte bei niedrigeren Temperaturen

Klein wie ein Streichholz: SOFC Brennstoffzelle

Nagoya (Japan)/Jülich - Sie ist nur etwa so groß wie ein Streichholz und könnte dennoch den Schlüssel zur Stromversorgung zukünftiger Elektroautos liefern: Eine stäbchenförmige Brennstoffzelle, die in einem japanischen Entwicklungslabor nun erstaunlich viel Strom aus Wasserstoff bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen produziert. Ihren Prototyp, den die Forscher aus kostengünstigen Werkstoffen aufbauen konnten, präsentieren sie in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Science". Mit dieser Entwicklung könnte Wasserstoff als Energiequelle für Elektroautos trotz der intensiven Forschung an Lithium-Ionen-Batterien wieder wahrscheinlicher werden.

"Die außergewöhnliche Leistung unserer Brennstoffzelle scheint an der Verbesserung der Anoden-Mikrostruktur zu liegen", schreiben Toshio Suzuki und seine Kollegen von National Institute of Advanced Industrial Science and Technology in Nagoya. Wie viele Brennstoffzellen-Experten in der ganzen Welt wollen sie die Leistung und Lebensdauer der SOFC-Zellen (Solid Oxide Fuel Cell) erhöhen und gleichzeitig die Betriebstemperaturen senken. Mit konventionellen Werkstoffen wie einer Nickel-Verbindung für die Anode, Lanthanferritperowskit für die Kathode und Zirkoniumoxid für die Elektrolyt ist ihnen dieses auch gelungen. So liefert der Prototyp dank des mikroporösen Aufbaus der Elektroden und geringen Zusätzen des Elements Scandium ein Watt pro Quadratzentimeter bei 600 Grad Celsius.

"Das sind schon sehr gute Werte", urteilt Hans-Peter Buchkremer, Brennstoffzellen-Entwickler am Forschungszentrum Jülich. Die Stromausbeute der Jülicher Zellen liegen derzeit etwas darunter, bei etwa 0,7 Watt pro Quadratzentimeter und der gleichen Betriebstemperatur. "Aber unser Ziel ist es nicht, Leistungs-Weltrekorde für einzelne Zellen aufzustellen", sagt Buchkremer. Wichtiger sei es, mit viele Quadratzentimeter großen gestapelten Systemen viel Strom zu erzeugen. Ob die neue japanische Zelle dies auch in einem größeren Brennstoffzellen-System erreichen kann und zugleich über lange Zeit stabil bleibt, müssen zukünftige Entwicklungen erst einmal belegen.

"Diese Brennstoffzellen können zwei Tode sterben", so Buchkremer. Entweder sei die Leistung sehr hoch, dann zerbröselten sie sehr schnell. Oder sie hätten eine hohe Festigkeit, dann käme aber kaum noch Strom heraus. Genau diese Gratwanderung ist die Herausforderung der Brennstoffzellen-Entwickler. So liegt der Fokus der Jülicher Forscher mittlerweile auf der Entwicklung von anwendbaren, stabilen Systemen, die von der Industrie auch genutzt werden könnten.

"Unsere Zelle eignet sich für tragbare Stromquellen", sagt Toshio Suzuki. Möglich wären kleinere Kraftwerke, die mobile Elektronik oder als zusätzliche Stromquelle für die Bordelektronik eines Autos. Bis die neue Brennstoffzelle Kilowatt-Leistungen für einen Elektroantrieb liefern kann, sind noch weitere Fortschritte nötig. Dennoch stehe Suzuki bereits mit einige Unternehmen im Gespräch, um ihre Zell-Typen bald zur Marktreife zu treiben.