Neues Material ermöglicht verbesserte Wasserstoff-Batterien und Brennstoffzellen

Forscher:innen des RIKEN Cluster for Pioneering Research in Japan haben einen Feststoff-Elektrolyt entwickelt, der es ermöglicht, Hydridionen bei Raumtemperatur zu transportieren. Dieser Durchbruch könnte praktisch einsetzbare, wasserstoffbasierte Festkörper-Akkus und Brennstoffzellen in greifbare Nähe rücken.

Festkörper statt flüssiger Wasserstoff

Festkörper-Akkus haben diverse Vorteile. Darunter etwa eine verbesserte Sicherheit sowie eine höhere Effizienz und Energiedichte. Derartige Vorteile könnten in näherer Zukunft eine wichtige Rolle dabei spielen, Teile der Industrie auf wasserstoffbasierte Prozesse umzustellen.

Denn um das Speichern von Energie mit Hilfe von Wasserstoff sowie Wasserstoff als Kraftstoff weiter zu verbreiten, müssen die dahinter stehenden Prozesse sicher, effizient und so einfach wie möglich sein. Aktuelle Wasserstoff-Brennstoffzellen, die in elektrisch betriebenen Fahrzeugen zum Einsatz kommen, funktionieren indem sie Wasserstoff-Protonen von einem Ende der Zelle zur anderen wandern lassen, wobei sie sich durch eine Polymer-Membran bewegen. Effiziente Wasserstoffbewegung in diesen Brennstoffzellen benötigt Wasser, dass die Polymer-Membran permanent in einem feuchten Zustand hält. Dieser Umstand sorgt für zusätzliche Komplexität und zusätzliche Kosten beim Entwerfen von Brennstoffzellen. Um diesem Problem zu begegnen, arbeiten Forscher:innen weltweit daran, negativ geladene Hydridionen durch Feststoffe zu leiten – im Idealfall bei Raumtemperatur.

Neues Material ermöglicht Festkörper-Brennstoffzellen

Das Warten auf eine derartige Technologie könnte nun vorbei sein. „We have achieved a true milestone. Our result is the first demonstration of a hydride ion-conducting solid electrolyte at room temperature„, so Genki Kobayashi vom RIKEN Cluster for Pioneering Research. Gemeinsam mit seinem Team hat Kobayashi mit Lanthanhydroxid experimentiert. Dabei handelt es sich um eine gute Möglichkeit zum Leiten von Hydridionen – allerdings bisher nicht bei Raumtemperatur. Als die Forscher:innen allerdings ein wenig Lanthan mit Strontium ersetzten sowie etwas Sauerstoff hinzufügten, erhielten sie vielversprechende Resultate.

In Experimenten wies das Team dann nach, dass das gefundene Material in der Lage ist, Hydridionen bei Raumtemperatur mit hoher Geschwindigkeit zu leiten. Anschließend testeten sie die Leistung des Materials in einer Festkörper-Brennstoffzelle – ein Test, der ebenfalls sehr gut verlief.

„In the short-term, our results provide material design guidelines for hydride ion-conducting solid electrolytes. In the long-term, we believe this is an inflection point in the development of batteries, fuel cells, and electrolytic cells that operate by using hydrogen„, so Kobayashi.

Nun arbeiten die Forscher:innen daran, die Performance des Materials zu verbessern und eine Elektrode zu entwickeln, die den Wasserstoff absorbieren und wieder aufnehmen kann. So könnten die Festkörper-Batterien auch wieder aufgeladen werden. Außerdem könnte Wasserstoff so in Feststoffen gespeichert und leicht wieder freigegeben werden.

via RIKEN