Neuer Werkstoff kann die Kosten der Minikraftwerke senken und den Weg zur Massenanwendung ebnen

Los Alamos (USA) - Viel günstiger als heute könnten Brennstoffzellen ohne teures Platin werden. Denn US-amerikanische Forscher vom Los Alamos National Laboratory (LANL) ersetzten erfolgreich das seltene Edelmetall durch einen Katalysator aus Eisen, Kobalt und winzigen Rußteilchen. Erste Prototypen konnten aus den Gasen Wasserstoff und Sauerstoff fast genauso effizient elektrischen Strom erzeugen wie Brennstoffzellen mit Platinelektroden. Die Forscher rechnen nun damit, die Herstellungskosten der Minikraftwerke mit ihrer patentierten Entwicklung deutlich senken zu können und so Brennstoffzellen als mobile Stromquelle zum Durchbruch zu verhelfen. Ihre Ergebnisse präsentieren sie in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Science".

"Im Vergleich zu Platin ist das ein Katalysator zum Nulltarif", sagt LANL-Forscher Piotr Zelenay. So könne die größte Hürde für Wasserstoff-Brennstoffzellen überwunden werden. Denn die Substanzen des neues Katalysators - Eisen, Kobalt und Kohlenstoff - sind für einen Bruchteil der Kosten für Platin von derzeit knapp 1800 Dollar pro Feinunze zu bekommen. Möglich wurde dieser Schritt durch einen ausgeklügelten Syntheseprozess. So vernetzten Zelenay und Kollegen Rußpartikel miteinander, umhüllten sie mit der organischen Verbindung Polyanilin und fügten Teilchen aus Eisen und Kobalt hinzu. So entstand bei Temperaturen von bis zu 1000 Grad ein Katalysator, der als Kathode in der Brennstoffzelle das Gas Sauerstoff mit Protonen verknüpfen konnte. Dieser Teilprozess ist wichtig für die Stromerzeugung, bei der als Abfallprodukt keine schädlichen Abgase, sondern nur Wasser entsteht.

In mehreren Prototypen ersetzten die Wissenschaftler nun die Platinkathode der Brennstoffzellen gegen ihren neuen Katalysator. Gespeist mit Wasserstoff und Sauerstoff konnten sie hohe Leistungsdichten von mehr als einem halben Watt pro Quadratzentimeter bei elektrischen Ausgangspannungen von bis zu einem Volt erzielen. Mit diesen Werten können die neuen Mini-Kraftwerke sehr gut mit den klassischen Platin-Brennstoffzellen mithalten. Auch die Haltbarkeit stellte die Forscher mit bis zu 700 Stunden bei nur geringem Leistungsverlust zufrieden.

Bis die neuen Brennstoffzellen Elektroautos oder Laptops stundenlang mit Strom versorgen können, will Zelenay die Lebensdauer und die Leistung noch weiter erhöhen. In Zusammenarbeit mit Industriepartnern könnte diese Platin sparenden Brennstoffzellen jedoch in einigen Jahren zur Marktreife gebracht werden. Eile ist dabei durchaus geboten, denn auch deutsche, japanische und chinesische Forschergruppen arbeiten an Platin-freien Katalysatoren und günstigeren Brennstoffzellen.