Eine Gruppe von Wissenschaftlern hat eine neue, verbesserte Brennstoffzellenelektrode entwickelt, die sehr leicht und dünn ist. Die Elektrode besteht aus einem Netzwerk einwandiger Kohlenstoffnanoröhren und funktioniert fast so gut wie herkömmliche Elektroden, macht jedoch die gesamte Brennstoffzelle viel leichter. Die Forschung ist ein wichtiger Schritt in Richtung leichtgewichtiger Stromversorgungen, die erforderlich werden, da elektronische Geräte immer kleiner und schlanker werden.

Die Forschung wurde von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung und der Universität Darmstadt in Deutschland durchgeführt und ist in der Online-Ausgabe der Applied Physics Letters vom 5. März 2008 beschrieben.

„Brennstoffzellen, die leicht und klein sind, wurden als Energieumwandlungsgeräte für verschiedene tragbare Geräte wie Mobiltelefone, Kameras und Notebooks vorgeschlagen. Da der Platzbedarf und das Gewicht der Geräte die wichtigsten Anforderungen sind, sollte die von ihnen bereitgestellte Energiedichte maximiert werden “, sagte Martti Kaempgen, Wissenschaftler an der University of California in Los Angeles, * gegenüber PhysOrg.com . "In diesem Zusammenhang haben Kohlenstoffnanoröhren einen Vorteil gegenüber anderen Materialien."

Die Nanoröhrennetzwerke bilden die Gasdiffusionselektrode der Brennstoffzelle, eine Schicht aus porösem Material, durch die Gas und Wasserdampf zur Katalysatorschicht gelangen. In der Katalysatorschicht, die typischerweise aus Platinpartikeln besteht, werden die Protonen und Elektronen des gasförmigen Reaktantenmaterials - dh des Brennstoffs der Brennstoffzelle - getrennt und die Elektronen werden zu Elektrizität.

Frühere Ansätze zur Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren in Brennstoffzellen haben dieses Material nicht voll ausgenutzt, sondern nur als Additiv verwendet, um einige der Eigenschaften herkömmlicher Elektrodenmaterialien zu verbessern. Bisher wurde jedoch nicht erkannt, dass Kohlenstoffnanoröhren das Potenzial haben, die gesamte Elektrode zu ersetzen.

Typischerweise wird Kohlenstoff ohne jegliche kristalline Struktur, bekannt als amorpher Kohlenstoff, aufgrund seiner großen Oberfläche und Porosität in Brennstoffzellen verwendet. Netzwerke aus reinen einwandigen Kohlenstoffnanoröhren haben die gleichen Eigenschaften, wiegen aber weitaus weniger. Sie sind zehnmal dünner und leichter als herkömmliche Elektroden. Darüber hinaus weisen die langen, dünnen Formen der Nanoröhren eine hohe Leitfähigkeit auf, die mehr als tausendmal größer ist als die von amorphem Kohlenstoff. Dies ist hoch genug, um auch den Stromabnehmer, eine weitere Komponente der Brennstoffzelle, auszutauschen.

Die Fähigkeit eines einzelnen Materials, mehrere wesentliche Funktionen in einer Brennstoffzelle auszuführen, führt zu einer viel einfacheren Brennstoffzellenarchitektur.

Die Forscher testeten die neue Elektrode in einer selbst hergestellten Brennstoffzelle unter Verwendung von Wasserstoff- und Sauerstoffgasen als Brennstoff.

Obwohl die Gesamtleistung der Elektrode nicht allzu beeindruckend ist, „ist sie immer noch mit herkömmlichen amorphen Kohlenstoffarten vergleichbar“, sagt Kaempgen. "Und die geringere Leistung ist wahrscheinlich auf die Herstellung des Katalysators zurückzuführen, der noch optimiert werden muss."

* Kaempgen nahm an dieser Forschung teil, während er promovierte. Kandidat am Max-Planck-Institut.

Zitierweise: Applied Physics Letters 92, 094103 (2008)

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