Katalysatoren für Brennstoffzellen und elektrochemische Synthesereaktoren

Beteiligte Forscher: Moritz Valeske, Ramesh Pokhrel

TEM-Bild von Nanopartikeln aus einer PtRu-Legierung auf einer Kohlenstoffmikrostruktur. Copyright: Pham

Die Einführung von Wasserstoff stößt aufgrund von Sicherheitsbedenken und hohen Verwaltungskosten für molekularen Wasserstoff auf gesellschaftlichen Widerstand. Um seine Energiedichte zu erhöhen, wird Wasserstoff häufig in komprimiertem (300 - 700 bar) oder verflüssigtem (- 253°C) Zustand gespeichert und verwendet. Eine Lösung zur Überwindung dieses Mangels ist die Verwendung von flüssigen organischen Wasserstoffträgern (LOHC) zur Speicherung von Wasserstoff in ihren chemischen Bindungen. H2 kann durch De-/Hydrierungsreaktionen aus LOHCs entladen und in LOHCs geladen werden. LOHCs sind in einem weiten Temperaturbereich bei Umgebungsdruck flüssig und oft brennbar. Die Verwendung von LOHCs erleichtert also nicht nur das Brennstoffmanagement in Brennstoffzellensystemen, sondern auch die Lagerung und den Transport des Brennstoffs. Daher werden für diese Systeme Kostensenkungen und ein sichererer Betrieb erwartet. Allerdings laufen die De-/Hydrierungsreaktionen bei hohen Temperaturen (250 - 350 °C) ab und sind daher energieaufwendig und unflexibel im Betrieb. Wir entwickeln einen alternativen Weg für die Reaktionen über De/Hydrierung in elektrochemischen Reaktoren, die bei Temperaturen < 100 °C durchgeführt werden. Die Systeme werden voraussichtlich energieeffizient und dynamisch betrieben werden können. Beispiele für LOHC-Systeme sind Isopropanol/Aceton und das Methylcyclohexan/Toluol-Paar. Das Isopropanol/Aceton-Paar kann direkt in einer Brennstoffzelle als direkte Isopropanol-Brennstoffzelle (DIFC) oder indirekt über eine De/Hydrierung in einem elektrochemischen Reaktor eingesetzt werden. Wir entwerfen und entwickeln die Katalysatoren für diese Reaktoren