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Schon Spuren von Sauerstoff können molekularen Katalysatoren in Brennstoffzellen den Garaus machen. Daher sind diese der Natur nachempfundenen Katalysatorsysteme, die hocheffizient und kostengünstig sind, bisher kaum anwendbar. Einem Forscherteam der RUB ist es in Zusammenarbeit mit Forschern des Max-Planck-Instituts für Energiekonversion in Mülheim und einer Gruppe des Pacific Northwest National Laboratory in Washington, USA, gelungen, einen solchen Katalysator mit einem Selbstverteidigungsmechanismus gegen Sauerstoff auszustatten. Über ihre Arbeit berichten sie in Nature Communications vom 28. Februar 2018.

Alternative für teure Materialien

Eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen, kostspieligen Katalysatoren sind molekulare Katalysatorsysteme, der Natur nachempfunden sind: Bestimmte Enzyme, die Hydrogenasen, enthalten in ihrem aktiven Zentrum reichlich vorhandene und kostengünstige Metalle wie Nickel und/oder Eisen. Die Struktur molekularer Katalysatorsysteme ist dem aktiven Zentrum der Hydrogenasen angepasst.

Polymer als Schutzschicht

Nachteil solcher Katalysatoren ist, dass sie sehr empfindlich gegenüber Sauerstoff sind, weswegen man sie in technologisch relevanten Anwendungen bisher kaum einsetzen kann. Ebenfalls sauerstoffempfindliche biologische Hydrogenasen konnten Forscher bereits mit speziell entwickelten Polymeren vor Sauerstoff schützen. Die Polymere erlaubten es, den schädlichen Sauerstoff zu reduzieren, bevor dieser das immobilisierte Enzym irreversibel schädigen konnte. Das ist dem Forscherteam nun auch mit molekularen Katalysatoren gelungen.

Die so aufgebauten Elektroden zeigten eine exzellente Langzeitstabilität und für Brennstoffzellen erwünschte hohe Stromdichten und stellen somit eine echte Alternative für den Aufbau von nachhaltigen, stabilen und kostengünstigen Energieumwandlungssystemen dar.