{"id":96546,"date":"2024-01-06T02:10:00","date_gmt":"2024-01-06T01:10:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=96546"},"modified":"2024-01-18T08:35:56","modified_gmt":"2024-01-18T07:35:56","slug":"wasserstoffbasierte-batterien-und-brennstoffzellen-mit-festem-elektrolyten","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/energie\/wasserstoffbasierte-batterien-und-brennstoffzellen-mit-festem-elektrolyten\/","title":{"rendered":"Wasserstoffbasierte Batterien und Brennstoffzellen mit festem Elektrolyten"},"content":{"rendered":"\n

Forscher unter der Leitung von Genki Kobayashi am japanischen RIKEN-Cluster f\u00fcr Pionierforschung<\/a> haben einen festen Elektrolyten f\u00fcr den Transport von Hydrid-Ionen (H-) bei Raumtemperatur entwickelt. <\/p>\n\n\n\n

Dieser Durchbruch bedeutet, dass die Vorteile von wasserstoffbasierten Festk\u00f6rperbatterien und Brennstoffzellen in greifbare N\u00e4he r\u00fccken, einschlie\u00dflich verbesserter Sicherheit, Effizienz und Energiedichte, die f\u00fcr den \u00dcbergang zu einer praktischen wasserstoffbasierten Energiewirtschaft unerl\u00e4sslich sind. Die Studie wurde in Advanced Energy Materials<\/em><\/a> ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n\n\n\n

Damit sich wasserstoffbasierte Energiespeicher und Kraftstoffe weiter verbreiten k\u00f6nnen, m\u00fcssen sie sicher, sehr effizient und so einfach wie m\u00f6glich sein. Die derzeit in Elektroautos verwendeten wasserstoffbasierten Brennstoffzellen funktionieren so, dass Wasserstoffprotonen bei der Energieerzeugung durch eine Polymermembran von einem Ende der Brennstoffzelle zum anderen gelangen. F\u00fcr eine effiziente, schnelle Wasserstoffbewegung in diesen Brennstoffzellen wird Wasser ben\u00f6tigt, was bedeutet, dass die Membran st\u00e4ndig mit Feuchtigkeit versorgt werden muss, damit sie nicht austrocknet. Dieser Umstand macht die Konstruktion von Batterien und Brennstoffzellen noch komplexer und teurer und schr\u00e4nkt die Praktikabilit\u00e4t einer wasserstoffbasierten Energiewirtschaft der n\u00e4chsten Generation ein. Um dieses Problem zu \u00fcberwinden, haben Wissenschaftler lange nach einer M\u00f6glichkeit gesucht, negative Hydrid-Ionen durch feste Materialien zu leiten, insbesondere bei Raumtemperatur.<\/p>\n\n\n\n

Das Warten hat nun ein Ende. \u201eWir haben einen echten Meilenstein erreicht\u201c, sagt Kobayashi. \u201eUnser Ergebnis ist die erste Demonstration eines Hydridionen leitenden Festelektrolyten bei Raumtemperatur\u201c.<\/p>\n\n\n\n

Das Team hatte aus mehreren Gr\u00fcnden mit Lanthanhydriden (LaH3-?) experimentiert: Der Wasserstoff l\u00e4sst sich relativ leicht freisetzen und einfangen, die Hydridionenleitung ist sehr hoch, sie k\u00f6nnen unter 100 \u00b0C arbeiten und haben eine Kristallstruktur. Bei Raumtemperatur schwankt die Anzahl der an Lanthan gebundenen Wasserstoffe jedoch zwischen 2 und 3, was eine effiziente Leitung unm\u00f6glich macht. Dieses Problem wird als Nicht-St\u00f6chiometrie des Wasserstoffs bezeichnet und war das gr\u00f6\u00dfte Hindernis, das in der neuen Studie \u00fcberwunden wurde. Als die Forscher einen Teil des Lanthans durch Strontium (Sr) ersetzten und nur eine Prise Sauerstoff hinzuf\u00fcgten \u2013 mit der Grundformel La1-xSrxH3-x-2yOy \u2013 erhielten sie die erhofften Ergebnisse.<\/p>\n\n\n\n

Das Team stellte kristalline Proben des Materials durch Kugelmahlen und anschlie\u00dfendes Gl\u00fchen her. Sie untersuchten die Proben bei Raumtemperatur und stellten fest, dass sie Hydrid-Ionen mit hoher Geschwindigkeit leiten konnten. Anschlie\u00dfend testeten sie die Leistung in einer Festk\u00f6rperbrennstoffzelle aus dem neuen Material und Titan, wobei sie die Mengen an Strontium und Sauerstoff in der Formel variierten. Bei einem optimalen Wert von mindestens 0,2 Strontium beobachteten sie eine 100%ige Umwandlung von Titan in Titanhydrid (TiH2). Das bedeutet, dass fast keine Hydrid-Ionen verschwendet wurden.<\/p>\n\n\n\n

\u201eKurzfristig liefern unsere Ergebnisse Richtlinien f\u00fcr das Materialdesign von hydridionenleitenden Festelektrolyten\u201c, sagt Kobayashi. \u201eLangfristig glauben wir, dass dies ein Wendepunkt in der Entwicklung von Batterien, Brennstoffzellen und elektrolytischen Zellen ist, die mit Wasserstoff arbeiten. Der n\u00e4chste Schritt wird darin bestehen, die Leistung zu verbessern und Elektrodenmaterialien zu entwickeln, die Wasserstoff reversibel aufnehmen und abgeben k\u00f6nnen. Dies w\u00fcrde es erm\u00f6glichen, Batterien wieder aufzuladen und Wasserstoff zu speichern und bei Bedarf leicht wieder freizugeben, was eine Voraussetzung f\u00fcr die Nutzung von Wasserstoff als Energietr\u00e4ger ist.<\/p>\n\n\n\n

Quellen:<\/strong><\/p>\n\n\n\n