Energie 17.01.2024
Normalerweise werden die Elektroden voneinander mit einer Polymermembran wie Nafion getrennt. Diese hat Lah durch einen Festelektrolyten ersetzt, der aus einem metallorganischen Gerüst (MOF) besteht - ein relativ neues Material, das sich auch anderweitig vielfältig einsetzen lässt. Es besteht aus Klumpen von Metallatomen, die von einem organischen Bindemittel zusammengehalten werden. Sie zeichnen sich unter anderem durch hohe Porosität aus.
Der neue Elektrolyt erleichtert es den Wasserstoffionen, also den Protonen, den Elektrolyten zu passieren, um sich mit Sauerstoffionen zu Wasser zu vereinen. Dabei entstehen Strom und Wärme. Die Durchlässigkeit verbessert das Team um Lah zudem durch 'Gastmoleküle' mit niedrigem Säuregehalt, die in den MOF-Poren eingelagert werden. Die Forscher haben sich für Sulfaminsäure, auch Amidosulfonsäure genannt, als Gastmolekül entschieden.
Die Sulfaminsäure enthält Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel und wird etwa zum Entkalken eingesetzt. Die Experten haben die Säure mit zwei verschiedenen MOFs getestet und wählten die effektivere Sorte für weitere Versuche aus. Dabei erhöhten sie die Zahl der Gastmoleküle mit dem Effekt, dass die Ionenleitfähigkeit anstieg, der Wirkungsgrad sich also verbesserte. In heute gebräuchlichen Zellen liegt er bei allenfalls 50 Prozent. Das bedeutet, dass nur die Hälfte der Energie, die im Wasserstoff steckt, in Strom umgewandelt wird. Welche Steigerung der MOF-Einsatz bringt, haben die südkoreanischen Forscher noch nicht veröffentlicht, doch sie soll 'signifikant' sein.
Nafion ist ein bewährtes Elektrolytmaterial. Es ist jedoch auf einen relativ niedrigen Temperaturbereich beschränkt. Wird die Betriebstemperatur erhöht, verbessert sich der Wirkungsgrad. Diese Steigerung ist mit dem MOF-Elektrolyten kein Problem. Brennstoffzellen gelten als entscheidend für die Abkehr von fossilen Brennstoffen. Sie können mit Wasserstoff, der in wind- und sonnenreichen Zeiten mit erneuerbarem hergestellt wird, wetterbedingte Lücken in der Stromversorgung schließen.
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