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Erfreuliche Attacken Selbst aktivierende Katalysatoren für nachhaltigen Wasserstoff

Quelle: Forschungsstelle für Energiewirtschaft 2 min Lesedauer

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An der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz wird ein Basiskonzept erstellt, um selbst aktivierende Katalysatoren zu schaffen, die Wasserstoff nachhaltiger gewinnen können.

Wasserstoff als Energielieferant ist hoch im Kurs für die Energiewende. Doch an seiner Herstellung kann effizienztechnisch noch getüftelt werden. In Mainz ist man einem Phänomen jetzt näher auf die Schliche gekommen, um die Leistung hochzukitzeln ...(Bild: © Alexander Limbach - stock.adobe.com)
Wasserstoff als Energielieferant ist hoch im Kurs für die Energiewende. Doch an seiner Herstellung kann effizienztechnisch noch getüftelt werden. In Mainz ist man einem Phänomen jetzt näher auf die Schliche gekommen, um die Leistung hochzukitzeln ...
(Bild: © Alexander Limbach - stock.adobe.com)

In welchem Ausmaß sogenannte selbst aktivierende Katalysatoren die Wasserstoffproduktion in Elektrolyseuren verbessern, haben Forscher der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz (JGU) untersucht. Ihre Ergebnisse sind vor Kurzem im Wissenschaftsmagazin Advanced Energy Materials veröffentlicht worden. „Diese Katalysatoren optimieren sich selbst und werden im Laufe der Anwendung besser“, erläutert Dr. Dandan Gao vom Department Chemie der JGU. Man sei deshalb überzeugt, dass sie einen neuen Weg für die Wasserstoffproduktion bieten könnten. In ihrem Übersichtsartikel bündelte das Team erstmals Kernmerkmale der Selbstaktivierung – dafür haben sie 33 veröffentlichte Arbeiten zur Sauerstoffentwicklungs- respektive zur Wasserstoffentwicklungs-Reaktion detailliert analysiert. Dabei beleuchten die Mainzer auch die dahinterstehenden Mechanismen und benennen die treibende Kraft für die Leistungssteigerung. Selbst aktivierende Elektrokatalysatoren haben demnach das Potenzial, eine skalierbare, günstigere und nachhaltigere Wasserstoffproduktion voranzutreiben. Denn sie verbessern sich – und gleichzeitig die Leistung des Elektrolyseurs – während der Wasserstoffgewinnung von selbst kontinuierlich, sagt die Forscherin. Dem, warum das so ist, ist man offensichtlich ein ganzes Stück nähergekommen.

Chemische Angriffe verbessern Katalysatoren

Gao und ihr Team fanden etwa heraus, dass aufgrund von Diffusion sich das Material des Katalysators während der Nutzung neu organisiert. Es diffundiert jeweils etwas Material aus dem Wasser und der Elektrode in den Katalysator und umgekehrt. Die verschiedenen Materialien mischen sich also ein Stück weit. Diese Neuorganisation ist einer der Gründe für die Effizienzsteigerung, so Gao. Auch griffen Salze, die sich natürlicherweise im Wasser befinden, die Oberfläche des Elektrokatalysators an, vergrößern diese im Mikrobereich damit, und lassen diese im Sinne der gewünschten Reaktion aktiver und leistungsfähiger werden. Doch dringen nicht nur andere Materialien in die Katalysatorschicht ein, sondern sie verändert auch ihre Nanostruktur, was ein weiterer Grund für die Selbstoptimierung ist, wie es heißt. Künftigen Forschern will man mit der Studie nun ein Werkzeug an die Hand geben, damit diese Erkenntnisse für gezieltere Innovationen in diesem Bereich beitragen können. Und was das JGU-Team angeht, so blickt man etwa auch auf die Meerwasserelektrolyse, bei der statt Frischwasser Meerwasser als Elektrolyt verwendet wird. Das ist eigentlich schwierig, weil die Chloridionen den Katalysator angreifen und schädigen. Doch Fall von selbst aktivierenden Katalysatoren ist auch dieser Angriff auf die Elektrodenoberfläche beziehungsweise auf die Katalysatoroberfläche erwünscht.

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