Forschende des Hahn-Schickard-Instituts für Mikroanalysesysteme in Freiburg haben den F-Cell-Award-Innovationspreis Brennstoffzelle in der Kategorie Forschung und Entwicklung erhalten. Dem Team gelang es, durch eine verbesserte Materialzusammensetzung die Wasserstoffelektrolyse-Brennstoffzelle günstiger, effizienter und damit international wettbewerbsfähiger zu machen.

Vielversprechende Technologie

Die Brennstoffzelle ist eines der vielversprechendsten Konzepte für emissionsfreie Mobilität. Um das vereinbarte Ziel der Bundesregierung, die CO2-Emissionen bis 2030 um 50 Prozent zu reduzieren und bis 2050 ganz darauf zu verzichten, muss auf nachhaltige Energiequellen umgeschwenkt werden.

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Eine Schlüsseltechnologie hierfür ist die emissionsfreie Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse. In der Elektrolyse wird elektrische Energie genutzt, um aus Wasser Wasserstoff- und Sauerstoffgas zu erzeugen. Der Wasserstoff steht dann als klimaneutraler Primärenergieträger zur Verfügung und kann beispielsweise in Brennstoffzellen genutzt werden, um Strom zu erzeugen.

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Für die Katalysatorschicht der Elektrolysezelle werden nach wie vor große Mengen seltener Edelmetalle wie Iridium benötigt, was eine große Herausforderung zur verbreiteten Anwendung darstellt. Friedemann Hegge und Florian Lombeck, die beide an der Universität Freiburg arbeiten, entwickelten eine Hybridschicht aus Iridium-Oxid-Nanofasern und Nanopartikeln, die zwei wesentliche Vorzüge gegenüber herkömmlichen Katalysatorschichten aufweist: Die Schicht zeigt eine höhere Querleitfähigkeit und Homogenität und kommt dabei mit bis zu 80 Prozent weniger des teuren Iridiums aus.

Dieses Modell einer Brennstoffzelle steht derzeit auf der Internationalen Automobilausstellung (IAA) in Frankfurt am Stand von BMW. Die Technologie gilt als vielversprechend mit Blick auf CO2-arme Mobilität.
Dieses Modell einer Brennstoffzelle steht derzeit auf der Internationalen Automobilausstellung (IAA) in Frankfurt am Stand von BMW. Die Technologie gilt als vielversprechend mit Blick auf CO2-arme Mobilität. | Bild: Uwe Anspach/ dpa

Im Labor konnten die Forscher bestätigen, dass der Materialverbund von Nanofasern und Nanopartikeln nicht nur die Effizienz der chemischen Umwandlung steigert, sondern bei gleicher Leistung auch die Menge an benötigtem Iridium für die Nanofaserverbindungsschicht deutlich reduziert. Das zugehörige Patent wurde eingereicht.