Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Effizienz der Wasserelektrolyse verdoppelt

10.03.2016

Forscher haben die Effizienz der Wasserelektrolyse gesteigert. Sie brachten eine Schicht aus Kupferatomen in eine herkömmliche Platinelektrode ein. Dadurch können sich die Reaktionszwischenprodukte etwas leichter von der Katalysatoroberfläche lösen. Das so modifizierte System erzeugt doppelt so viel Wasserstoff wie eine Platinelektrode ohne Kupferschicht. In der Zeitschrift „Nature Communications“ berichtet das Team der Ruhr-Universität Bochum, der Technischen Universität München und der Universität Leiden über die Ergebnisse.

Die Wasserelektrolyse hat sich als Verfahren für die Produktion von Wasserstoff bislang nicht durchgesetzt. Zu viel Energie geht in dem Prozess verloren. Forscher haben die Effizienz der Reaktion nun verdoppelt.


Wolfgang Schuhmann entwickelt mit seinem Team neue Elektroden, zum Beispiel für die Wasserstoffproduktion.

© RUB, Tim Kramer

In der Zeitschrift „Nature Communications“ berichten Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum, der Technischen Universität München und der Universität Leiden, wie sich die Effizienz der Elektroden für die Wasserelektrolyse steigern lässt. Diese enthalten üblicherweise Platin als Katalysator, um die Umsetzung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff zu beschleunigen. Damit die Reaktion möglichst effizient abläuft, dürfen Zwischenprodukte weder zu stark noch zu schwach an der Katalysatoroberfläche haften.

Herkömmliche Elektroden binden Zwischenprodukte zu stark

Das Team um Prof. Dr. Aliaksandr Bandarenka vom Münchener Lehrstuhl für Physik der Energieumwandlung und -speicherung und Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann vom Bochumer Zentrum für Elektrochemie berechnete, wie stark die Zwischenprodukte an den Elektroden haften sollten, um eine möglichst effiziente Reaktion zu erlauben. Die Analyse ergab, dass herkömmlichen Elektroden aus Platin, Rhodium und Palladium die Zwischenprodukte etwas zu stark binden.

Die Forscher modifizierten die Eigenschaften der Platin-Katalysatoroberfläche, indem sie eine Schicht aus Kupferatomen einfügten. Mit dieser Zusatzschicht erzeugte das System doppelt so viel Wasserstoff wie mit einer reinen Platinelektrode. Allerdings nur, wenn die Forscher die Kupferschicht direkt unter der obersten Lage der Platinatome einbrachten. Die Gruppe beobachtete zudem, dass die Elektroden mit der Kupferschicht langlebiger waren, zum Beispiel widerstandsfähiger gegen Korrosion.

Wasserelektrolyse hat sich bislang nicht großflächig durchgesetzt

Nur vier Prozent des weltweit produzierten Wasserstoffs entstehen bislang durch Wasserelektrolyse. Weil die verwendeten Elektroden nicht effizient genug sind, lohnt sich eine großflächige Anwendung nicht. „Bisher wird Wasserstoff überwiegend aus fossilen Brennstoffen gewonnen, wobei eine hohe Menge CO2 freigesetzt wird“, sagt Wolfgang Schuhmann. „Es wäre ein großer Schritt in Richtung klimaschonender Energieumwandlung, wenn wir Wasserstoff stattdessen mittels Elektrolyse gewinnen würden. Dafür könnten wir den Überschussstrom zum Beispiel aus der Windkraft nutzen.“

„Darüber hinaus ermöglicht uns die Forschung an dieser Reaktion zu testen, wie gut wir Katalysatoroberflächen designen können, indem wir unterschiedliche Metallatome präzise positionieren,“ ergänzt Aliaksandr Bandarenka. „Dieses Wissen könnte auch vielen anderen katalytischen Prozessen zugute kommen.“

Förderung

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Arbeiten im Rahmen der Exzellenzcluster RESOLV (EXC 1069) und Nanosystems Initiative Munich (NIM). Weitere Unterstützung kam von der Helmholtz-Energie-Allianz „Stationäre elektrochemische Speicher und Wandler“ (HA-E-0002).

Originalveröffentlichung

J. Tymoczko, F. Calle-Vallejo, W. Schuhmann, A. S. Bandarenka (2016): Making the hydrogen evolution reaction in polymer electrolyte membrane electrolyzers even faster, Nature Communications, DOI: 10.1038/NCOMMS10990

Weitere Informationen

Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Analytische Chemie, Zentrum für Elektrochemie, Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Tel.: 0234 32 26200, E-Mail: wolfgang.schuhmann@rub.de

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzen gegen Staunässe schützen
17.10.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Erweiterung des Lichtwegs macht winzige Strukturen in Körperzellen sichtbar
17.10.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

17.10.2017 | Informationstechnologie

Pflanzen gegen Staunässe schützen

17.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Trends der Umweltbranche auf der Spur

17.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz