Wie neue Materialien die Effizienz von Direktethanol-Brennstoffzellen steigern

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Anwenderforschung bei BESSY II: Wie neue Materialien die Effizienz von Direktethanol-Brennstoffzellen steigernEthanol hat eine fünfmal höhere volumetrische Energiedichte (6,7 kWh/L) als Wasserstoff (1,3 kWh/L) und kann sicher in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung verwendet werden.

Vor allem in Brasilien besteht großes Interesse an besseren Brennstoffzellen für Ethanol, da dieses Land kostengünstiges Ethanol vertreibt, das auf erneuerbare Weise aus Zuckerrohr hergestellt wird.

Theoretisch sollte der Wirkungsgrad einer Ethanol-Brennstoffzelle 96 Prozent betragen, aber in der Praxis liegt er bei der höchsten Leistungsdichte aus verschiedenen Gründen nur bei 30 Prozent.

Es gibt also noch viel Raum für Verbesserungen.Nafion mit NanopartikelnEin Team unter der Leitung von Dr.

Bruno Matos vom brasilianischen Forschungsinstitut IPEN erforscht daher neuartige Kompositmembranen für Direktethanol-Brennstoffzellen.

Eine vielversprechende Lösung ist die Anpassung neuer Kompositelektrolytmaterialien auf Polymerbasis, die den hochmodernen Polymerelektrolyten wie Nafion ersetzen sollen.

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Matos und sein Team verwenden ein Schmelzextrusionsverfahren zur Herstellung von Kompositmembranen auf der Basis von Nafion mit zusätzlichen Titanat-Nanopartikeln, die mit Sulfonsäuregruppen funktionalisiert wurden.Infrarotexperimente im Team von BESSY IIMatos haben jetzt vier verschiedene Zusammensetzungen von Nafion-Verbundmembranen an der Infrarot-Strahllinie IRIS bei BESSY II gründlich analysiert.

Röntgenkleinwinkelstreuungsmessungen bestätigten, dass die Titanpartikel mit der Ionomermatrix von Nafion synergistisch wechselwirken.

Protonenleitfähigkeit erhöhtMit Hilfe der Infrarotspektroskopie beobachteten sie, dass sich chemische Brücken zwischen den Sulfonsäuregruppen der funktionalisierten Nanopartikel bildeten.

Darüber hinaus fanden sie, indem sie der Protonenbewegung entlang der Ionencluster folgten, eine erhöhte Protonenleitfähigkeit in der Kompositmembran, selbst bei hohen Konzentrationen von Nanopartikeln.

Das war eine echte Überraschung, die wir nicht erwartet hatten”, sagt Dr.

Ljiljana Puskar, HZB-Wissenschaftlerin am IRIS-Beamline.

Die Verminderung der Leitfähigkeit mit der Zunahme der Nanopartikel ist eine der Haupthürden, die die Entwicklung verzögert….

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