Atmungsaktive Brennstoffzellen

Was Wanderern recht ist, kann Brennstoffzellen nur billig sein, haben australische Chemiker entdeckt. “Atmungsaktive” Membranen, wie sie in Freizeit- und Sportbekleidung zum Einsatz kommen, können demnach auch in Brennstoffzellen gute Dienste leisten: Während sie ein Auslaufen des Zellinhalts verhindern, lassen sie reichlich Sauerstoff passieren.

Foto: US Environmental Protection Agency

Mit einer zusätzlichen Beschichtung versehen, geben die feinporigen Membranen daher gute Luftelektroden ab, fanden die Forscher um Bjorn Winther-Jensen vom Australian Centre for Electromaterials Science. Solche Elektroden seien nicht nur ebenso effizient wie solche auf Platinbasis, sondern auch weniger empfindlich und vor allem preisgünstiger. Allein das Platin für eine PKW-Brennstoffzelle könne ebenso teuer sein wie Verbrennungsmotor gleicher Leistung, schreiben die Forscher im Magazin “Science”.

Winther-Jensen und Kollegen nutzten für ihre Versuche eine wasserabweisende und poröse Membran aus Polytetrafluorethylen, besser bekannt unter dem Handelsnamen Gore-Tex. Dieses Gewebe überzogen sie auf einer Seite mit einem 0,4 Mikrometer feinen Film aus dem schwefelhaltigen Polymer PEDOT (Polyethylendioxythiophen) als Katalysator für die Reaktion mit Luftsauerstoff. Dann bauten sie die Membran derart in eine Brennstoffzelle ein, dass die beschichtete Seite dem Elektrolyten aus konzentrierter Schwefelsäure zugewandt war, die andere dagegen der Luft.

Bei dieser Anordnung tritt Luftsauerstoff durch die feinen Poren der Membran, entzieht dem PEDOT-Film Elektronen und reagiert mit Protonen aus dem Elektrolyten zu Wasser. Das PEDOT wird wiederum mit Elektronen regeneriert, die von einer zweiten Elektrode kommen und auf ihrem Weg beispielsweise einen Motor antrieben haben.

Die Membranelektrode ermöglichte einen beinahe ebenso hohen Stromfluss wie eine Platinelektrode, ließ sich aber nicht durch Kohlenmonoxid “vergiften”, berichten die Forscher. Selbst nach 1.500 Stunden Dauerbetrieb zeigte sie keinerlei Verschleißerscheinungen. Und auch in einer Zink-Luft-Batterie verrichtete die atmungsaktive Elektrode problemlos ihren Dienst. Winther-Jensen und Kollegen glauben daher, dass ihr Konzept den Weg zu Brennstoffzellen und Batterien eröffnet, die ohne kostbares Platin auskommen.

Forschung: Bjorn Winther-Jensen, Orawan Winther-Jensen, Maria Forsyth und Douglas R. MacFarlane, Australian Centre for Electromaterials Science, Monash University, Clayton, Victoria

Veröffentlichung Science, Vol. 321, 1. August 2008, pp 671-4, DOI 10.1126/science.1159267

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ARC Centre of Excellence for Electromaterials Science
Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle
Zink-Luft-Batterie
Gore-Tex

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