Brennstoffzellen und Batterien bei der Arbeit zusehen

Brennstoffzellen gewinnen aus Sauerstoff und Wasserstoff umweltfreundlich Wärme und Strom. Je nach wissenschaftlicher Fragestellung kann man Teilaspekte dieses technisch anspruchsvollen Vorgangs entweder mit Neutronen oder mit Photonen untersuchen. Mit Synchrotronlicht können Techniker und Ingenieure beispielsweise genauestens verfolgen, wie Wasser als Abfallprodukt der Reaktion entsteht. Mit Neutronen gelingt dies sogar bei laufendem Betrieb – wenngleich in gröberer Auflösung. Beide Informationen zusammen helfen, das überaus wichtige Wassermanagement in einer Zelle zu verstehen, was Grundvoraussetzung zur Herstellung einer möglichst effektiv arbeitenden Brennstoffzelle ist.

Doch häufig sind Brennstoffzellen noch zu teuer für den Massenmarkt. Ein Grund ist das Platin, das als Katalysator darin steckt. Ziel vieler Forscher ist es, dafür preiswerten Ersatz zu finden. Am HZB haben Elektrochemiker herausgefunden, dass nanometerkleine Partikel des Metalls Ruthenium eine Alternative sein können. Mit Photonen von BESSY II lassen sich deren Eigenschaften exakt bestimmen. Mit Neutronen können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ferner Lithium-Ionen- Batterien beim Laden oder Entladen zuschauen und sich so die komplexen chemischen Reaktionen in den Zellen ansehen. Mit einem tieferen Verständnis dieser Vorgänge hoffen die Experten, die Energiedichte der Batterien künftig deutlich steigern zu können, womit der Elektroantrieb zu einer echten Alternative zum Verbrennungsmotor würde. 

Wasserfluss in der Brennstoffzelle