Forscher der TU Berlin haben den ersten Katalysator für eine Proton Exchange Membrane (PEM) Brennstoffzelle entwickelt, der ausschließlich auf der katalytischen Wirkung des Metalls Zinn beruht. Die Neuentdeckung haben sie in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ beschrieben. Mit der Brennstoffzelle lässt sich grüner Wasserstoff wieder zu Strom für mobile oder stationäre Anwendungen umgewandeln.
„Bei den meisten Elektrokatalysatoren handelt es sich um Metalle der Nebengruppen des Periodensystems wie Platin, Eisen oder Silber. Metalle der Hauptgruppen sind aufgrund ihrer elektronischen Struktur dagegen in der Regel sehr schlechte Katalysatoren“, sagte Professor Peter Strasser, Leiter des Fachgebiets Elektrochemie und Elektrochemische Energiewandlung an der TU Berlin. Der neue Katalysator für die PEM Brennstoffzelle beruhe aber auf der katalytischen Wirkung eines Hauptgruppen-Metalls – dem Zinn.
Wirkung nah an teuren platinhaltigen Katalysatoren
Dazu haben die Forscher einzelne Zinn-Atome in einer schichtartigen Kohlenstoffmatrix – sogenanntem Graphen – eingelagert und mit Stickstoff Atomen fixiert. Die Wissenschaftler sprechen von einem „Single Atom Katalysator“. Getestet in einer Brennstoffzelle zeigte sich, dass sich die katalytische Wirkung des Zinn-Stickstoff-Kohlenstoff-Katalysators der des teuren Platins annähert und die herkömmlicher platinfreier Katalysatoren sogar übertrifft.
Wirkungsweise bis ins Detail geklärt
In einer internationalen Kooperation mit Arbeitsgruppen in den USA, Frankreich und Dänemark konnten die atomare Struktur sowie die molekulare Wirkungsweise des neuartigen Zinn-Katalysators bis ins Detail untersucht und aufgeklärt werden.
Zinn kann Lebensdauer verlängern
„Wenn wir in der Brennstoffzelle Zinn anstelle von Platin als Katalysator verwenden, sinken die Katalysatorkosten enorm. Daneben hat Zinn noch weitere positive chemische Eigenschaften, welche die Lebensdauer der in der Brennstoffzelle verwendeten Membrane verlängern kann“, summiert Peter Strasser.
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