Materialwissenschaft
09.09.2021, 07:43 Uhr
Mini-Brennstoffzelle für Handys entwickelt
Batterien und Akkus bekommen Konkurrenz durch kleine Brennstoffzellen. Zumindest entwickeln koreanische Forscher an einer entsprechenden Technik.
Kleinbatterien: haben bald ausgedient
(Quelle: Alexei Chizhov/Pixabay)
Mit einer kleinen und leichten Brennstoffzelle wollen koreanische Forscher des Zentrums für Nanopartikelforschung am Institute for Basic Science (IBS) Batterien Konkurrenz machen. Gedacht ist sie für die Stromversorgung tragbarer elektronischer Geräte wie Smart Watches oder Smartphones. Sie wird mit Wasserstoff oder Methanol und Sauerstoff aus der Luft betrieben.
Ohne Belastung für Umwelt
Brennstoffzellen haben eine Reihe von Vorteilen gegenüber Batterien, etwa eine viel höhere Energiedichte und sie belasten während des Betriebs die Umwelt nicht - vorausgesetzt der Wasserstoff wird mit Ökostrom hergestellt. Bisher war es nicht möglich, kleine, leichte und flexible Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen herzustellen, denn sie bestehen aus lauter schweren, starren und voluminösen Bauteilen.
Sung Yung-Eun und sein Team haben daher eine Brennstoffzelle mit völlig anderem Design als üblich entwickelt. Sie besteht aus konischen Elementen, die wie Pappbecher gestapelt werden. Das reduziert die Zahl der für die Montage notwendigen Teile wie Klemmen und Schrauben erheblich. Zudem werden die sperrigen Endplatten überflüssig, die in herkömmlichen Brennstoffzellen unabdingbar sind. Darüber hinaus ist die sogenannte Bipolarplatte leicht und kompakt, da sie aus Edelstahlgewebe besteht. Sie dient als elektrische Verbindung der Zellen, sorgt für die Gaseverteilung über die Fläche der Platte, die Gasetrennung zwischen angrenzenden Zellen sowie Abdichtung nach aussen.
Faltbar nach Origami-Vorbild
Ein weiteres Merkmal der neuen Brennstoffzelle ist ihre flexible Struktur, die auf dem Prinzip des Origami basiert. Sie lässt sich falten und verbiegen. So liess sich das Volumen um fast 50 Prozent reduzieren. Selbst Knicke um 90 Grad haben nur zu einer Leistungseinbusse von zehn Prozent geführt.
Die Brennstoffzelle, in der zwei Zellen in Reihe geschaltet sind, ist mit einem Volumen von 0,565 Kubikzentimetern - das entspricht einem Würfel mit einer Kantenlänge von 0,83 Zentimetern - sehr kompakt und hat ein Gewicht von nur 0,22 Gramm. Sie hat eine Leistung von 198 Milliwatt und erreicht eine Leistungsdichte von 897,7 Watt pro Kilogramm, wenn sie mit Wasserstoff betrieben wird. Bei einer Versorgung mit Methanol sind die Werte niedriger, doch es ist einfacher und platzsparender, flüssiges Methanol als Wasserstoff zu speichern. Nach mehr als 100 Lade- und Entladezyklen hatte die Zelle noch keine Leistung verloren.
