Kohlenstoff-Brennstoffzellen reinigen sich selbst

Nanostrukturiertes Bariumoxid könnte zu effizienteren Brennstoffzellen führen, die auch bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden können.

Reinigung der Brennstoffzelle
Reinigung der Brennstoffzelle

Atlanta (USA) - Aus einer chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff lässt sich elektrische Energie erzeugen - das ist das altbekannte Prinzip von gewöhnlichen Brennstoffzellen. Oxidkeramische Brennstoffzellen (englisch: Solid Oxid Fuel Cell, SOFC) können jedoch mit verschiedenen Brennstoffen betrieben werden. Hauptsächlich werden dazu Kohlenwasserstoffgase wie Erdgas oder Propan verwendet. Bei der Verwendung von Kohlenstoffgasen kommt es allerdings dazu, dass sich Kohlenstoff in den Zellen ablagert und ihre Funktion soweit beeinträchtigt, dass sie unwirksam werden. Eine Forschergruppe um Meilin Liu des Georgia Institute of Technology hat eine Brennstoffzelle entwickelt, in der Nanopartikel aus Bariumoxid dafür sorgen, dass sich der Kohlenstoff nicht ablagert und somit die Zelle "sauber" bleibt.

Das Bariumoxid bauten die Forscher auf der Oberfläche der Anode einer Brennstoffzelle in Form von kleinen "Inseln" ein. Dort absorbiert das Bariumoxid Wasser, das eine chemische Reaktion auslöst und den Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. In dieser Form kann er von der Anode abgetragen werden.

Durch den Einbau der kleinen Strukturen aus Bariumoxid haben die Wissenschaftler eine Methode gefunden, die Zellen bei Temperaturen von 700 bis 750 Grad Celsius zu betreiben, was sie wesentlich günstiger in der Herstellung macht als bisher. Oxidkeramische Brennstoffzellen sind zwar am effizientesten, wenn sie bei Temperaturen über 850 Grad Celsius betrieben werden, da sich dann viel weniger Kohlenstoff auf ihnen ablagert. Allerdings bestehen diese Zellen aus teuren Materialien, wodurch die Produktionskosten so hoch sind, dass sie für die meisten Anwendungen nicht effektiv genug sind.

Als erstes Ergebnis haben die Forscher nach einer Betriebszeit von 100 Stunden keine Kohlenstoffrückstände an den Anoden ihrer Brennstoffzelle nachweisen können. Nun gilt es, die Langzeitstabilität ihres Systems zu bestimmen und herauszufinden, ob sich eine solche Zelle auch nach einer Zeit von fünf Jahren bewährt. Weiterhin ist noch nicht geklärt, ob sich nicht andere Stoffe auf den Anoden ablagern und dessen Wirksamkeit verringern können.