Forscher haben ein innovatives Festkörperelektrolyt entwickelt, das Hydrid-Ionen bei Raumtemperatur transportiert. Diese Entwicklung ermöglicht effizientere und kostengünstigere Wasserstoff-basierte Festkörperbatterien und Brennstoffzellen, ein wichtiger Schritt in Richtung einer praktikablen Wasserstoffenergiewirtschaft.
Ein Meilenstein in der Wasserstoffenergie
Das Team um Genki Kobayashi am RIKEN Cluster for Pioneering Research in Japan hat einen Festkörperelektrolyten entwickelt, der Hydrid-Ionen bei Raumtemperatur leitet. Diese Entdeckung bedeutet, dass die Vorteile von Wasserstoff-basierten Festkörperbatterien und Brennstoffzellen – wie verbesserte Sicherheit, Effizienz und Energiedichte – nun praktisch umsetzbar sind. Diese Entwicklung ist wichtig für den Fortschritt hin zu einer praktischen Wasserstoffenergiewirtschaft. Die Studie wurde im wissenschaftlichen Journal Advanced Energy Materials veröffentlicht.
Herausforderungen und Lösungen
Bisherige Wasserstoff-Brennstoffzellen, wie sie in Elektroautos verwendet werden, erfordern Wasser, um Wasserstoffprotonen durch eine Polymermembran zu leiten. Diese Notwendigkeit der ständigen Hydratation fügt eine zusätzliche Komplexitäts- und Kostenebene hinzu. Um dieses Problem zu überwinden, haben Wissenschaftler nach Wegen gesucht, negative Hydrid-Ionen durch feste Materialien zu leiten, insbesondere bei Raumtemperatur.
Der Durchbruch mit Lanthanhydriden
Das Team experimentierte mit Lanthanhydriden (LaH3-?), da diese leicht Wasserstoff freisetzen und einfangen können und eine hohe Hydrid-Ionen-Leitung aufweisen. Sie funktionieren unter 100°C und haben eine kristalline Struktur. Durch das Ersetzen von Lanthan mit Strontium (Sr) und dem Hinzufügen einer Prise Sauerstoff erreichten die Forscher die gewünschten Ergebnisse. Die Formel La1-xSrxH3-x-2yOy erwies sich als effektiv.
Praktische Anwendungen und Zukunftsaussichten
Die Forscher testeten das neue Material in einer Feststoff-Brennstoffzelle mit Titan und stellten fest, dass bei einem optimalen Strontiumwert von mindestens 0,2 eine vollständige Umwandlung von Titan in Titanhydrid (TiH2) stattfand. Dies bedeutet, dass fast keine Hydrid-Ionen verschwendet wurden.
Dies ist ein wichtiger Punkt in der Entwicklung von Batterien, Brennstoffzellen und elektrolytischen Zellen, die Wasserstoff nutzen,
sagt Kobayashi.
Der nächste Schritt wird sein, die Leistung zu verbessern und Elektrodenmaterialien zu entwickeln, die Wasserstoff reversibel absorbieren und freisetzen können.
