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Samstag, 21.10.2017
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Turbo für Brennstoffzelle

Chemische Reaktion in Brennstoffzellen soll besser steuerbar werden

Bisher lässt sich die Energiegewinnung im Innern von Brennstoffzellen noch nicht zielgenau steuern, weil Zeitpunkt und Ort der Reaktion zwischen Sauerstoff und Wasserstoff schwer zu beeinflussen sind. Dieses Problem will jetzt die Chemikerin Dr. Susann Meyer von der Universität Jena lösen. Mit einer speziellen Beschichtung innerhalb der Brennstoffzelle soll die Energiegewinnung so beeinflusst werden, dass der Energiefluss quasi „per Knopfdruck“ ein- oder ausgeschaltet werden kann.
Das Forschungsvorhaben von Susann Meyer, das im September startet, soll damit einen Teilprozess in Brennstoffzellen optimieren. In den Miniaturkraftwerken, die aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads als eine Energiequelle der Zukunft gelten, werden Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser vereint. Die bei diesem Prozess frei werdende Energie fällt vorwiegend als Elektrizität anstatt als Wärme an.

Beschichtung steuert Reaktion


"Doch Wasserstoff und Sauerstoff müssen auf ihre Reaktion in der Brennstoffzelle vorbereitet werden", so Susann Meyer. "Der Wasserstoff muss als positiv geladenes Proton vorliegen und auf den Sauerstoff müssen zeitnah vier Elektronen übertragen werden." Genau diesem Teilproblem, der so genannten Sauerstoffreduktion, wird sich die Chemikerin nun widmen. Sie will ein Mikrosystem entwickeln, in dem eine effiziente elektrokatalytische Sauerstoffreduktion an speziell dafür vorbereiteten Titandioxidschichten erfolgt. Dieses System könnte ein Verfahren verbessern, das es bereits jetzt ermöglicht, hauchdünne Schichten von Titandioxid auf verschiedenste Trägermaterialien aufzubringen. So können beispielsweise haarfeine Kanäle beschichtet werden.

Titandioxidschicht als Elektronenschwamm


Durch die Kombination beider Technologien, soll die Reduktion des Sauerstoffs in sehr kleinen Reaktionsräumen stattfinden. "Durch die räumliche Nähe aller Reaktionspartner hoffe ich, die vier nötigen Elektronen relativ rasch auf den Sauerstoff übertragen zu können", erklärt die Wissenschaftlerin der Universität Jena. Die Umladung muss deswegen so schnell erfolgen, weil sonst ungewollte Zwischenprodukte, wie Wasserstoffperoxid, entstehen. Die Titandioxidschicht wirkt dabei als Elektronenschwamm, der an Strom angeschlossen dafür sorgt, dass die Reaktion gezielt angeschoben wird. Bevor die Chemikerin jedoch mit den Untersuchungen in den Mikrokanalsystemen beginnen kann, gilt es verschiedene Katalysatoren herzustellen und zu testen. Sie müssen dann ebenfalls auf der Titandioxidschicht verankert werden. Denn ohne Katalysatoren würden sich die Elektronen niemals freiwillig auf den Sauerstoff umladen lassen.


In unseren Körperzellen läuft dieser Vorgang fortwährend ab. Scheinbar spielend verbrennen wir Sauerstoff - ein Vorgang, den wir schlicht Atmung nennen - und gewinnen daraus Energie. Der technische Nachbau dieser natürlichen Kraftwerke gestaltet sich offenbar schwierig. „Im Moment ist das alles noch Papierchemie", sagt Susann Meyer.
(Friedrich-Schiller-Universität Jena, 07.09.2004 - ESC)
 
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