Direkt-Methanol-Brennstoffzellen können Smartphone- und Laptopakkus ablösen

Brennstoffzellen, die aus Wasserstoff und Luft Strom erzeugen, können so klein gebaut werden, dass sie in elektronische Geräte wie Smartphones und Laptops passen. Dass sie Lithium-Ionen-Batterien dort noch nicht abgelöst haben liegt daran, dass Wasserstoff ein nicht leicht zu lagerndes, geschweige denn transportierbares Gas ist. Er benötigt voluminöse Drucktanks, die 600 bar oder mehr aushalten. Die will niemand mit sich herumschleppen.

Brennstoffzelle schluckt Alkohol

Es gibt allerdings einen Brennstoffzellentyp, der sich mit Methanol begnügt. Das ist ein Alkohol, der bei normalem Druck und Zimmertemperatur flüssig ist und in kleinen Tanks gelagert werden kann. Diese Direkt-Methanol Brennstoffzellen (DMFC nach dem Englischen direct Methanol fuel Cell) haben allerdings einen entscheidenden Nachteil. Sie sind kurzlebig, weil das Methanol das Edelmetall Platin im Katalysator angreift und mit der Zeit zerstört, sodass kein Strom mehr erzeugt wird.

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Platin-Nanopartikel mit Schutzhülle

Forscher der Incheon National University in Südkorea haben das Problem gelöst. Deren Katalysator ist kein Festkörper. Er besteht aus Platin-Nanopartikeln, die mit einer dünnen Kohlenstoffschicht umhüllt sind. „Diese Schicht wirkt wie ein Molekularsieb“, sagt Professor Oh Joong Kwon, der das Entwicklerteam geleitet hat. Die Hülle weist Fehlstellen auf, die Sauerstoffatome passieren können, um mit Wasserstoff zu Wasser zu verschmelzen, ein Prozess, bei dem Strom erzeugt wird. Die Löcher im Kohlenstoff sind gerade so groß, dass Sauerstoff hindurchpasst. Methanolmoleküle sind größere und können sich nicht durchquetschen.
Tests zeigten, dass der Kohlenstoff tatsächlich einen perfekten Schutz bieten. Durch eine spezielle Wärmebehandlung gelang es Kwons Team, die Zahl der Fehlstellen zu optimieren, sodass möglichst viele Sauerstoffatome durchschlüpfen können

Trotz Emissionen ist DMFC umweltneutral

Kwon arbeitet seit zehn Jahren an der Stabilisierung der DMFC-Katalysatoren. Mit der Beschichtung hat er jetzt einen Erfolg vorzuweisen. Der Forscher blieb so hartnäckig, weil dieser Zelltyp eine höhere Energiedichte hat als Lithium-Ionen-Zellen, also Elektrogeräten und Elektroautos längere Standzeiten beziehungsweise Reichweiten bescheren kann. Auch wenn die DMFC Kohlendioxid emittiert ist sie klimaneutral, wenn das Methanol mit Strom aus erneuerbaren Quellen und Kohlendioxid aus der Luft hergestellt wird.