Fahrzeugantriebe
Weniger Platin in der Brennstoffzelle
Einer der größten Nachteile der Brennstoffzelle beim Antrieb von Fahrzeugen, ist der Kostenfaktor, der u.a. durch den Einsatz von Platin zu Stande kommt. An der Technischen Universität Berlin hat man eine Lösung gefunden, um den Platin-Anteil zu reduzieren, aber dennoch eine hohe Spannung zu erreichen.
Die neunte Ausgabe von Rockwell Automations „State of Smart Manufacturing“ Report liefert Einblicke in Trends und Herausforderungen für Hersteller. Dazu wurden über 1.500 Fertigungsunternehmen befragt, knapp 100 der befragten Unternehmen kommen aus Deutschland. ‣ weiterlesen
Wasserstoff-Brennstoffzellen gelten als ein Hoffnungsträger in der Diskussion um den Fahrzeugantrieb der Zukunft. Ihr größter Vorteil: Wasser und Wärme sind die einzigen ‘Abfallprodukte‘, die sie ausstoßen. Einer der größten Nachteile sind jedoch die Kosten — die nicht zuletzt von dem sehr teuren Material Platin abhängen, das für den Katalysator in der Brennstoffzelle benötigt wird. Senkt man den Platingehalt in der Brennstoffzelle, sinkt aber auch die erzeugte elektrische Leistung noch schneller. Prof. Dr. Peter Strasser von der TU Berlin und sein Team am Fachgebiet Elektrokatalyse und Materialien ist es in Kooperation mit Wissenschaftlern von BMW jetzt gelungen, in einer autogerechten Wasserstoff-Brennstoffzelle das Katalysator-Trägermaterial chemisch so zu designen, dass trotz eines geringen Platineinsatzes hohe elektrische Leistung erzeugt wird. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht.
KI in Fertigungsbranche vorn
Fünf Gramm Platin sind das Ziel
Bei Brennstoffzellen-Fahrzeugen handelt es sich letztlich auch um Elektroautos. Der benötigte Strom wird jedoch nicht in einer Batterie gespeichert, sondern an Bord während der Fahrt nach Bedarf erzeugt. An zwei separaten Elektroden der Brennstoffzelle reagiert Wasserstoff, der in einem speziellen Tank im Auto mitgeführt wird, mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft. Dabei entstehen Strom und Wasser. Der erzeugte Strom wird verbraucht oder in einer kleinen Pufferbatterie zwischengespeichert. Für die elektrochemische Reaktion an der Kathode der Brennstoffzelle wird ein Platin-Katalysator benötigt. „Selbst wenn die zur Zeit auf dem Markt befindlichen Brennstoffzellen-Autos auch nur noch 30 Gramm Platin pro Brennstoffzelle einsetzen, ist das immer noch weit entfernt von dem langfristig angestrebten und nachhaltigen Ziel von fünf Gramm Platin pro Brennstoffzellen-Auto“, so Strasser.
Das Problem ist, dass die Platin-Nanopartikel in einer extrem gleichmäßigen Verteilung mit einem sogenannten Ionomer, einem Wasserstoff-Ionen (Protonen) leitenden Kunststoff, auf die Kohlenstoffträgersubstanz aufgebracht werden müssen. Je weniger Platin-Nanopartikel verwendet werden sollen, desto wichtiger ist die gleichmäßige Verteilung des Ionomers, damit alle beteiligten Reaktanden Zugang zu den Platinpartikeln haben, die als Katalysator fungieren. Aus einer ungleichmäßigen Verteilung würde ein hoher Widerstand gegen den Transport von Sauerstoffmolekülen resultieren, was wiederum zu einem hohen Verlust in der erzeugten elektrischen Spannung und Leistung führt. „In der jetzt veröffentlichten Arbeit beschreiben wir die Herstellung eines neuartigen, chemisch veränderten Kohlenstoffträgermaterials mit maßgeschneiderten Oberflächeneigenschaften. Dadurch ist es uns gelungen, eine bisher unerreicht gleichmäßige Verteilung des Ionomers auf diesem Trägermaterial zu erzielen. So erreichen wir hohe Leistungsdichten bei geringem Platineinsatz“, so Strasser. Dieser maßgeschneiderte Katalysator erzielte eine bislang unerreichte Leistungsfähigkeit und Stabilität bei der Stromerzeugung in der Brennstoffzelle – bei einem um mindestens 50 Prozent geringeren Verbrauch von Platin. Das Manufacturing Execution System (MES) HYDRA optimiert Produktionsprozesse für Fertigungsunternehmen, um Wettbewerbsvorteile zu erzielen. ‣ weiterlesen
MES-Integrator und 360-Grad-Partner für optimierte Fertigung
„Das Besondere an unserem Ansatz: Wir haben direkt mit einer autogerechten Brennstoffzelle gearbeitet, so dass unsere Ergebnisse die Chance haben, unmittelbar in die nächsten Generationen des Brennstoffzellen-Autos einzufließen“, freut sich Strasser über den Erfolg.
