Zellen für Ameisensäure
Der theoretische Wirkungsgrad der Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie in Brennstoffzellen kann 100 % erreichen. Prozent, aber bisher die besten unter ihnen sind Wasserstoff - sie haben einen Wirkungsgrad von bis zu 60 %, aber Brennstoffzellen auf Basis von Ameisensäure haben eine Chance, diese theoretischen 100 % zu erreichen. Sie sind billig, viel leichter als die bisherigen und bieten im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien die Möglichkeit des Dauerbetriebs. Es sei daran erinnert, dass der Wirkungsgrad von Niederdruck-Verbrennungsmotoren nur etwa 20% beträgt -? sagt Dr. Hub. Englisch Andrzej Borodzinski von IPC PAS.
Eine Brennstoffzelle ist ein Gerät, das chemische Energie in Elektrizität umwandelt. Der Strom wird direkt durch die Verbrennung von Brennstoff in Gegenwart von Katalysatoren erzeugt, die an der Anode und Kathode der Zelle verwendet werden. Das größte Hindernis für die Popularisierung von Wasserstoffzellen ist die Wasserstoffspeicherung. Dieses Problem hat sich aus technischer Sicht als äußerst schwierig erwiesen und muss bisher mit zufriedenstellenden Lösungen gelöst werden. In Konkurrenz zu Wasserstoffzellen stehen Methanolzellen. Allerdings ist Methanol selbst eine giftige Substanz, und die Elemente, die es verbrauchen, müssen mit teuren Platinkatalysatoren hergestellt werden. Darüber hinaus haben Methanolelemente eine geringe Leistung und arbeiten bei einer relativ hohen und daher potenziell gefährlichen Temperatur (ca. 90 Grad).
Eine alternative Lösung sind Brennstoffzellen, die mit Ameisensäure betrieben werden. Die Reaktionen finden bei Raumtemperatur statt und die Effizienz und Leistung der Zelle ist deutlich höher als die von Methanol-Zellen. Darüber hinaus ist Ameisensäure ein Stoff, der sich leicht lagern und transportieren lässt. Für den stabilen Betrieb einer Ameisensäurezelle ist jedoch ein wirksamer und langlebiger Katalysator erforderlich. Der ursprünglich von uns entwickelte Katalysator weist eine geringere Aktivität auf als die bisher verwendeten reinen Palladiumkatalysatoren. Allerdings verschwindet der Unterschied bereits nach zwei Betriebsstunden. Besser werden. Während die Aktivität des reinen Palladiumkatalysators weiter abnimmt, funktioniert unserer stabil“, sagt Dr. Borodzinsky.
Der aus wirtschaftlicher Sicht besonders wichtige Vorteil des im IPC-Tensid entwickelten Katalysators besteht darin, dass er seine Eigenschaften beim Betrieb in Ameisensäure geringer Reinheit behält. Diese Art von Ameisensäure lässt sich problemlos in großen Mengen herstellen, auch aus Biomasse, sodass der Brennstoff für neue Zellen sehr günstig sein kann. Aus Biomasse gewonnene Ameisensäure wäre ein völlig umweltfreundlicher Kraftstoff. Die Reaktionsprodukte, die bei seiner Beteiligung an Brennstoffzellen auftreten, sind Wasser und Kohlendioxid. Letzteres ist ein Treibhausgas, aber die Biomasse stammt von Pflanzen, die es während ihres Wachstums aufnehmen. Dadurch würde die Produktion von Ameisensäure aus Biomasse und deren Verbrauch in Zellen die Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre nicht verändern. Auch das Risiko einer Umweltverschmutzung durch Ameisensäure ist gering.
Ameisensäure-Brennstoffzellen haben viele Anwendungen. Wird ihr Nutzen bei tragbaren elektronischen Geräten besonders groß sein? Mobiltelefone, Laptops, GPS. Diese Zellen können auch als Energiequellen für Fahrzeuge installiert werden, von Rollstühlen über Elektrofahrräder bis hin zu Yachten.
Am IPC PAS beginnt nun die Forschung an ersten Batterien auf Basis von Ameisensäure-Brennstoffzellen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass in einigen Jahren ein Prototyp eines kommerziellen Geräts fertig sein dürfte.
basierend auf Materialien des Instituts für Physikalische Chemie PAS
