Günstige Elektroden bringen bessere Leistung

Mit Kathoden, die statt teurer Edelmetalle aus der Platin-Gruppe die häufig vorkommenden und damit preiswerten Elementen Nickel und Molybdän enthalten, soll die Wasserstofferzeugung per Elektrolyse entscheidend verbilligt werden. Die Nutzung dieser Metalle ist zwar nicht neu, doch Forschern aus neun EU-Ländern, der Schweiz und Grossbritannien ist es im Rahmen des EU-Projekts "Anemel" gelungen, die daraus hergestellten Elektroden so effektiv zu machen wie die mit Edelmetallen.

Durchbruch mit Galvanisierung

Mit den gleichen Materialien haben es schon andere Forscher versucht, wenn auch mit mässigem Erfolg. Die Effektivität, also die Geschwindigkeit der Wasserspaltung, war geringer als bei Edelmetall-Elektroden, und die Stabilität reichte nicht aus. Die Anemel-Forscher haben die Elektroden auf galvanischem Weg hergestellt. Dabei wird die leitende Unterlage, auf der der Katalysator heranwachsen soll, in eine Flüssigkeit getaucht, in der sich Ionen der ausgewählten Metalle befinden, also Atome, denen mindestens ein Elektron fehlt. Diese sind elektrisch geladen, sodass sie von einem elektrischen Feld bewegt werden können.

Es wird so gewählt, dass die Ionen in Richtung Unterlage beschleunigt werden und sich darauf absetzen. Nach und nach entsteht so eine katalytisch wirksame Schicht. Wie sich die Ionen dort anordnen ist entscheidend für die Effektivität der Legierung. Das lässt sich unter anderem durch die Stärke des elektrischen Feldes beeinflussen. Die Forscher haben Parameter wie Stromstärke und Ionenkonzentration verändert, bis sich die Schicht so aufbaute, dass sie die Wasserspaltung und damit die Wasserstoffproduktion am besten unterstützte. Als Unterlage, Substrat, wählten die Forscher Kohlepapier, das elektrisch leitfähig ist.

Langlebiger als Platinelektroden

Die Leistung ist etwa ebenso gut wie die von Platinkatalysatoren und übertreffen diese sogar bei der Stabilität, bestätigen die Forscher. Das bedeutet, dass sich die Austauschintervalle grösser wählen lassen, die Stillstandszeiten, die die Gesamteffektivität reduzieren, also abnehmen. "Diese Elektroden bringen uns der grosstechnischen Produktion von konkurrenzfähigem grünem Wasserstoff einen Schritt näher", sagt Ariana Serban, Doktorandin der Elektrochemie beim Schweizer Anemel-Partner, der Eidgenössischen Technische Hochschule Lausanne, die die Entwicklung wesentlich beeinflusst hat. (pressetext.com)