Platin in Brennstoffzellen

Die neue Beobachtungstechnik erlaubt es, den Vergröberungsprozess von Platin-Nanoteilchen direkt zu beobachten, um die Ursache zu bestimmen und Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Bild: Toyota

Toyota und das Japan Fine Ceramics Center (JFCC) haben eine neue Beobachtungstechnik entwickelt, die es Forschern erlaubt, das Verhalten von Platinpartikeln in Nanometer-Größe bei chemischen Reaktionen in der Brennstoffzelle zu überwachen.

Die Stromerzeugung in einer Brennstoffzelle beruht auf einer chemischen Reaktion zwischen dem Luftsauerstoff und dem Wasserstoff aus dem Fahrzeugtank. Platin wird dabei als Katalysator benötigt, um diese Reaktion stabil zu gestalten.

In Dauerhaltbarkeitstests zeigte sich jedoch, dass die Leistung einzelner Zellen nachlassen kann. Als Grund dafür wurde eine verringerte Reaktionsfähigkeit des Platin-Materials identifiziert, die dadurch entsteht, dass sich die einzelnen Platin-Teilchen zu immer größeren Strukturen verbinden. Die chemisch wirksame Oberfläche wird dadurch mit der Zeit immer kleiner.

Die sogenannte Vergröberung der Platin-Nanoteilchen konnte bisher nur durch einen Vorher-Nachher-Vergleich festgestellt werden. Ohne Einblicke in den Prozess, der zu dieser Vergröberung führte, konnten nur Vermutungen zu den Ursachen angestellt werden. Die neue Beobachtungsmethode hingegen kann dabei helfen, Punkte auf dem Karbonträgermaterial zu entdecken, an denen sich das Platin zusammenschließt, und auch die jeweilige Stromabgabe während des Vergröberungsprozesses zu identifizieren. Die neue Methode kann auch dazu beitragen, die unterschiedlichen Eigenschaften verschiedener Trägermaterialien zu analysieren. Ziel ist es, aus den Beobachtungen Maßnahmen abzuleiten, die zur Verbesserung von Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit des Katalysatormaterials und damit der Brennstoffzelle selbst führen.

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ks