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Hocheffiziente Nanokristalline Katalysatorschichten


Kurzfassung

Die Stromgewinnung mittels Brennstoffzellen besitzt einen deutlich höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu Wärmekraftmaschinen. Das Kernelement der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen ist dabei die Membranelektroden-Einheit. Die Membran selbst besteht aus mehreren unabhängigen Komponenten. In eine Polymerelektrolytmembran (meist Nafion) wird eine Gasdiffusionselektrode eingepresst. Diese ist mit einem chemisch reduzierten geträgerten Katalysator beschichtet. Bewährt hat sich hier das Edelmetall Platin in der Form von 2-3 nm großen Partikeln oder als Legierungspartikel. Da die stromlieferende Reaktion nur im sogenannten Dreiphasengebiet abläuft bleiben jedoch bis zu 30% der vorhandenen Edelmetall-Nanopartikel ungenutzt.


Hintergrund

Die Stromgewinnung mittels Brennstoffzellen besitzt einen deutlich höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu Wärmekraftmaschinen. Das Kernelement der Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzellen ist dabei die Membranelektroden-Einheit. Die Membran selbst besteht aus mehreren unabhängigen Komponenten. In eine Polymerelektrolytmembran (meist Nafion) wird eine Gasdiffusionselektrode eingepresst. Diese ist mit einem chemisch reduzierten geträgerten Katalysator beschichtet. Bewährt hat sich hier das Edelmetall Platin in der Form von 2-3 nm großen Partikeln oder als Legierungspartikel. Da die stromlieferende Reaktion nur im sogenannten Dreiphasengebiet abläuft bleiben jedoch bis zu 30% der vorhandenen Edelmetall-Nanopartikel ungenutzt.


Bilder & Videos


Lösung

Wissenschaftlern der Universität des Saarlandes ist es nun erstmals gelungen, durch die elektrochemische Abscheidung von nanokristallinen Partikeln auf einem leitfähigen Substrat selektiv an den Erhebungen des Substrats agglomeratfreie Platin-Nanopartikel anzulagern. Dies kann beispielsweise an einem Substrat aus PTFE-verstärktem ultrahydrophobem Kohlefaserpapier geschehen (Benetzungswinkel > 150°). Das Substrat besitzt zudem eine hinreichend mikroporöse Struktur. Dies hat zunächst zur Folge, dass die von Leitfähigkeitsruß freie Precursorlösung beim Beschichtungsvorgang ausschließlich auf den Erhebungen appliziert wird, da sie nicht durch die kleinen ultrahydrophoben Poren in die Gasverteilerstruktur eindringen kann. Nach der elektrochemischen Abscheidung der Metallionen auf diesem Substrat sind demnach die Katalysatorpartikel vollständig und gleichmäßig auf der Oberfläche der Elektrode verteilt. Dadurch kann beim anschließenden Einpressen der oberen Elektrodenschicht in eine Ionomermembran der Katalysator fast vollständig in Kontakt zur Dreiphasengrenze gebracht werden, was einen hohen Katalysatornutzungsgrad zur Folge hat.


Vorteile

  • Höher Effizienz durch optimale Ausnutzung des Katalysatormaterials
  • Verringerung des Platingehalts und somit Kostenersparnis

Anwendungsbereiche

  • Brennstoffzellen
  • Batterien

Service

Gesucht wird ein Produktions- und Vertriebspartner, der am Erwerb einer exklusiven Lizenz und an der Weiterentwicklung interessiert ist.


Universität des Saarlandes Wissens- und Technologietransfer GmbH

Dr. Frank Döbrich
0681 302-3508
frank.doebrich@uni-saarland.de
www.wut-uni-saarland.de
Adresse
Universität des Saarlandes Wissens- und Technologietransfer GmbH Starterzentrum | Gebäude A1 1
66123 Saarbrücken



Entwicklungsstand

Prototyp


Patentsituation

  • DE 102010035592 anhängig
  • PCT /EP2011/004162 anhängig
  • EP 11752112 anhängig
  • US 13/776260 anhängig

Kontakt | Geschäftsstelle

TechnologieAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr