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Brennstoffzellen, die mit dem Enzym Hydrogenase arbeiten, sind prinzipiell genauso effizient wie solche, die das teure Edelmetall Platin als Katalysator enthalten. Allerdings brauchen die Enzyme eine wässrige Umgebung, und durch diese gelangt der Ausgangsstoff für die Reaktion – Wasserstoff – nur schwer zu der enzymbeladenen Elektrode. Dieses Problem lösten Forscherinnen und Forscher, indem sie zuvor entwickelte Konzepte für die Verpackung der Enzyme mit der Gasdiffusionselektroden-Technik verknüpften. Das so entwickelte System erzielte erheblich höhere Stromdichten, als bisher mit Hydrogenase-Brennstoffzellen erreicht wurden.

In der Zeitschrift „Nature Communications“ beschreibt ein Team des Zentrums für Elektrochemie der RUB gemeinsam mit Kollegen des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion in Mülheim an der Ruhr und der Universität Lissabon, wie sie die Elektroden entwickelten und testeten. Der Artikel ist am 9. November 2018 erschienen.

Das Bochumer Forscherteam: Julian Szczesny, Nikola Marković, Felipe Conzuelo, Wolfgang Schuhmann und Adrian Ruff (von links)

© RUB, Marquard

Da das Enzym Hydrogenase instabil wird, wenn es in Kontakt mit Sauerstoff kommt, haben die Bochumer Forscher in den vergangenen Jahren ein Polymer entwickelt, in das sie die Hydrogenasen einbetten und vor Sauerstoff schützen können. Allerdings hatten sie es bislang nur auf ebenen Elektroden getestet. In der aktuellen Studie zeigten sie, dass es auch funktioniert, wenn sie es auf eine poröse dreidimensionale Struktur auftragen, wie sie Gasdiffusionselektroden besitzen.

Unklar war zunächst auch gewesen, ob die so beschichteten Elektroden immer noch gasdurchlässig sein würden – auch diese Frage konnten die Forscher nach ihren Tests mit Ja beantworten.