E-Mobilität

Neue Materialien steigern die Effizienz in Ethanol-Brennstoffzellen

Einem HZB-Forscherteam ist es gelungen, eine neue Verbundwerkstoffmembran zu entwickeln. Diese ermöglicht eine bessere Protonenleitfähigkeit für Ethanol-Brennstoffzellen.
06.05.2020

Mit der neuen Kompositmembran ist die Ethanol-Brennstoffzellen-Technologie einen Schritt weitergekommen.

Ethanol besitzt eine fünfmal höhere volumetrische Energiedichte als Wasserstoff und lässt sich gefahrlos in geeigneten Brennstoffzellen zur Stromerzeugung nutzen, erläutert das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) für Materialien und Energie GmbH. Insbesondere in Brasilien besteht großes Interesse an Brennstoffzellen für Ethanol. Denn es kann dort kostengünstig aus Zuckerrohr hergestellt werden. Theoretisch könnte der Wirkungsgrad einer Ethanol-Brennstoffzelle 96 Prozent betragen, aber in der Praxis liegt er selbst bei der höchsten Leistungsdichte nur bei 30 Prozent.

Eine Gruppe aus Brasilien hat mit einem HZB-Team eine neuartige Verbundwerkstoffmembran für Ethanol-Brennstoffzellen untersucht. Sie besteht aus dem Polymer Nafion, in das Titanat-Nanopartikel mittels Schmelzextrusionsverfahren eingebettet sind. Das Ergebnis: Mit Infrarotspektroskopie beobachteten die Forscher, dass unter anderem die Protonenleitfähigkeit in der Membran erhöht war, selbst bei hohen Konzentrationen von Nanopartikeln.

Eine große Überrraschung

"Das war eine echte Überraschung, die wir nicht erwartet hatten", sagt Ljiljana Puskar, HZB-Wissenschaftlerin. Denn bisher war eine der Haupthürden bei der Entwicklung von Hochleistungsverbundwerkstoffen die Tatsache, dass sich mit steigender Konzentration der Nanopartikel die Protonenleitfähigkeit verringert.

Die höhere Protonenleitfähigkeit könnte eine bessere Ladungsträgermobilität ermöglichen und damit die Effizienz der Direktethanol-Brennstoffzelle erhöhen. "Diese Kompositmembran kann durch Schmelzextrusion hergestellt werden, was ihre Herstellung im industriellen Massstab ermöglichen würde", betont Matos. (gun)