Brennstoffzellen und Wasserstoffspeicher

In Brennstoffzellen werden zunehmend neue Materialien verwendet, die auf der Erde in größeren Mengen vorkommen. Wasserstoff stellt eine attraktive Option für die Speicherung und Umwandlung von Energie dar.

Brennstoffzellen, die die chemische Energie eines Brennstoffs durch chemische Reaktion mit Sauerstoff in Elektrizität umwandeln, werden zunehmend als praktikable Alternative zu herkömmlichen Energiequellen angesehen.

Dabei sind die effiziente Speicherung und der Transport von Wasserstoff oft ein Problem. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von Materialien und Technologien zur sicheren Wasserstoffspeicherung. Hierfür kommen insbesondere Metall- und komplexe Hydride sowie Carbonmaterialien  wie Graphen und Kohlenstoff-Nanoröhren infrage.

Bei der Herstellung von Energiespeichern mit ihrem hohen Bedarf an Materialien sind zahlreiche Überlegungen notwendig. Selbst bei häufig verwendeten Werkstoffen gibt es zahlreiche Sicherheitsaspekte zu beachten. In die Produktionsplanung muss außerdem die Entwicklung der Preise für stark nachgefragte Metalle einfließen; diese können mitunter erheblich schwanken.

Beim Treffen dieser komplexen Entscheidungen und bei der Auswahl leistungsfähiger Materialien für die Energiespeicherherstellung kann es hilfreich sein, einen kompetenten Werkstoffpartner zur Hand zu haben.

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Im Bereich erneuerbarer Energien sind die richtigen Materialien oft entscheidend, wenn es darum geht, leistungsfähige Geräte mit dem gewünschten Funktionsumfang zu entwickeln. Bei der Brennstoffzellen-, Wasserstoffspeicher- und Batterieherstellung ergeben sich u. a. in Bezug auf die chemische Korrosionsbeständigkeit, das Druckverhalten und die Haltbarkeit besondere Materialanforderungen.

Neben der unmittelbaren Stromproduktion z. B. durch Windturbinen und Gezeitenkraftwerke stellt die Wasserstofferzeugung in Brennstoffzellen mit anschließender Energiespeicherung eine weitere umweltfreundliche Form der Energiegewinnung und -bereitstellung dar.

Problematisch bei der Suche nach geeigneten Werkstoffen für die Speicherung von Wasserstoff ist allerdings dessen geringe Energiedichte im Vergleich zu Kohlenwasserstoffgemischen. Das bedeutet, dass das Gas bei einem deutlich höheren Druck komprimiert werden muss. Hieraus ergeben sich Schwierigkeiten hinsichtlich seiner wirtschaftlichen und sicheren Aufbewahrung. Gerade bei wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen und der stets vorhandenen Gefahr eines Zusammenstoßes ist dies ein nicht zu vernachlässigendes Risiko.

Eine weitere Herausforderung im Zusammenhang mit Wasserstoff-Brennstoffzellen stellt der allmähliche Katalysatorverschleiß dar. Für den Betrieb von Brennstoffzellen sind Katalysatoren unerlässlich. Häufig werden hierfür Edelmetalle wie Platin verwendet. Mit der Zeit nutzen die Katalysatoren sich jedoch ab, wodurch sich Wirkungsgrad und Lebensdauer der Brennstoffzellen verringern. Darum konzentriert sich die Forschung im Bereich der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnik momentan u. a. auf die Entwicklung von Katalysatoren, die kostengünstiger und verschleißärmer sind.

Bei der Auswahl von Materialien für Brennstoffzellen und Wasserstoffspeicher spielen chemische Beständigkeit und Stabilität eine wichtige Rolle. Oftmals können Verbundwerkstoffe und komplexe Materialien wie Palladium oder bestimmte Legierungen eine optimale Wahl sein, um die gewünschten Eigenschaften zu erfüllen.

Für Anwendungen wie die Herstellung von Brennstoffzellen und verschiedene andere Energieanwendungen ist der Einsatz von Hochleistungsmaterialien eine Notwendigkeit. Die Herstellung von Brennstoffzellen und andere Bereiche wie die Solarzellenproduktion erfordern oft einzigartige Materialkombinationen mit sehr hohen Qualitäten.

So sind beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff zwei der häufigsten Materialkombinationen für die Herstellung von Brennstoffzellen, insbesondere für stationäre Geräte mit hoher Leistung.