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Je oller, je doller! Grüne Wasserstoffgewinnung mit sich selbst optimierenden Katalysatoren

Quelle: Johannes-Gutenberg-Universität Mainz 2 min Lesedauer

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In Mainz haben Forscher günstigere und effizientere Katalysatoren zur Wasserspaltung entwickelt. Sie können für die grüne Wasserstoffproduktion dienen Und deren Leistung nimmt mit dem Alter auch noch zu!

Neben batterietechnischen Alternativen zu fossilen Antriebstechniken, blickt man auch auf Wasserstoff als Energiequelle – vor allem, wenn er mit nachhaltigem Strom erzeugt wird. Und jetzt haben Mainzer Forscher auch noch einen Durchbruch bei der Katalysatortechnik erreicht ...(Bild: SmirkDingo - stock.adobe.com)
Neben batterietechnischen Alternativen zu fossilen Antriebstechniken, blickt man auch auf Wasserstoff als Energiequelle – vor allem, wenn er mit nachhaltigem Strom erzeugt wird. Und jetzt haben Mainzer Forscher auch noch einen Durchbruch bei der Katalysatortechnik erreicht ...
(Bild: SmirkDingo - stock.adobe.com)

Wasserstoff ist bekanntlich eine vielversprechende Alternative auf dem Weg zur CO₂-neutralen Energieerzeugung. Vorzugsweise Elektrizität aus erneuerbaren Quellen – vor allem Wind- und Sonnenenergie – kann dabei in Elektrolyseuren genutzt werden, um Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zu zerlegen. Um diese Reaktion aber in Gang zu bringen, braucht es effektive Katalysatoren. Bisher wurden dafür Edelmetalloxide wie Ruthenium- und Iridiumdioxid verwendet. Diese sind jedoch rar, teuer und zersetzen sich sowohl im sauren als auch alkalischen Milieu, wie die Mainzer Forscher der Johannes-Gutenberg-Universität (JGU) anmerken. Abhilfe könnten aber Katalysatoren sein, bei denen man Kobalt und Wolfram nutzt. Diese Elemente sind relativ häufig und billig.

Katalysatorwirkung wird seltsamerweise immer besser!

Während herkömmliche Katalysatoren ihre Leistung aber beibehalten, oder sogar etwas von dieser verlieren, weil sie nicht stabil genug sind, steigern die neuartigen Katalysatoren ihre Leistungsniveau auch noch mit der Zeit. Nach einer Optimierung sei die Aktivität sogar höher als bei herkömmlichen Katalysatoren. Diesem eigentlich ungewöhnlichem Phänomen wollte man auf den Grund gehen. Die Forscher fanden so unter anderem heraus, dass sich die chemische Natur des katalysierenden Kobalt-Wolfram-Oxids durch die Wasserspaltung verändert. Denn während Kobalt zunächst vor allem als Co²⁺ vorliegt, wandelte es sich zunehmend in Co³⁺ um. Und auch bei Wolfram verschob sich das Verhältnis von W⁵⁺ zu W⁶⁺. Bei der Spaltung von Wasserstoff laufen nun zwei Reaktionen ab: die Wasserstoffreaktion und die Sauerstoffreaktion. Die Sauerstoffreaktion ist dabei der Engpass für die Gesamtreaktion. Während die Sauerstoffreaktion erst von der aktiven Wolframstelle angetrieben wird, verlagert sich diese mit der Zeit auf die aktive Kobaltstelle – die aktive Oberfläche des Katalysators vergrößert sich durch die Wasserspaltung ebenfalls, was die Effizienz steigert.

Das könnte der Wasserstoffgewinnung den Weg bahnen

Auch bei der Hydrophilie der Oberfläche sind Veränderungen zu beobachten. Denn die Oberfläche „mag“ Wasser immer mehr, was natürlich für die elektrochemische Wasserspaltung äußerst hilfreich ist, wie die Forscher anmerken. Insgesamt können die Experten, wie es weiter heißt, deutlich reduzierte Überspannungen und erhöhte Stromdichten feststellen. Diese werden begleitet von einer erheblichen Steigerung der Reaktionskinetik bei der Sauerstoffentwicklung. Wenn das mal keine guten Nachrichten für die Wasserstoffproduktion der Zukunft sind ...

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