2. Juli 2026 | Langlebige Elektrokatalysatoren für Brennstoffzellen und Elektrolyseure
Durchbruch bei Brennstoffzellen: DLR löst langjähriges Haltbarkeitsproblem von Platinkatalysatoren
Flamm-Sprüh-Pyrolyse (FSP) zur Katalysatorherstellung
FSP ist eine vielseitige, ressourcenschonende Gasphasensynthesetechnik zur schnellen Herstellung komplexer Trägerkatalysatoren in einem Schritt. Eine kontinuierliche Materialproduktion ermöglicht Chargen in mg bis kg Größe ohne Anpassung der Prozessparameter.
Schematische Darstellung unseres vereinfachten Konzepts für die Flammspritzpyrolyse sowie der Katalysatorstruktur und deren Integration in die Architektur einer PEM-Brennstoffzelle.
Funktionsprinzip der katalytischen Flammensprühpyrolyse
Die katalytische Flammensprühpyrolyse ist ein Verfahren, bei dem ein flüssiger oder gasförmiger Ausgangsstoff in einer Flamme zu Nanopartikeln umgewandelt wird, wobei ein Katalysator die Reaktion beschleunigt und die Partikelbildung steuert.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik haben eine neue Katalysatorstruktur entwickelt, die den Spannungsabbau bei niedrigen Platin-Beladungen in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren deutlich reduziert. Die Ergebnisse wurden im Juni 2026 in der Fachzeitschrift Carbon Energy veröffentlicht.
Für den Markthochlauf der Wasserstofftechnologie ist die Langlebigkeit von Elektrokatalysatoren ein entscheidender Faktor. Herkömmliche Platin-basierte Katalysatoren zeigen insbesondere bei niedrigen Beladungen einen erheblichen Spannungsabfall über die Betriebsdauer – ein Problem, das die wirtschaftliche Attraktivität von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren bislang einschränkt.
Neues Katalysatorkonzept: eingebettet und dennoch aktiv
Das Forschungsteam des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik begegnet dieser Herausforderung mit einer neuartigen Elektrode namens Pt-e-Cn (Platinum embedded nanoscale carbon network). Dabei werden Platinpartikel in ein poröses, miteinander vernetztes Nanokohlenstoffgerüst eingebettet. Diese Struktur bietet physikalischen Schutz vor Degradationsprozessen – etwa dem Ostwald-Reifungsprozess oder der Partikelagglomeration –, bleibt aber für elektrochemische Reaktionen vollständig zugänglich.
Entscheidend für die spätere Skalierbarkeit ist das gewählte Herstellungsverfahren: Die Struktur wird über einen flammenbasierten Schnellprozess produziert, der wirtschaftlich und für industrielle Maßstäbe geeignet ist. Dies unterscheidet den Ansatz von vielen Laborentwicklungen, die an aufwändigen, schwer skalierbaren Syntheserouten scheitern.
Ergebnis europäischer Forschungskooperation
Die Entwicklung ist ein Ergebnis des EU-Projekts SUSTAINCELL, das eine dauerhafte und nachhaltige Lieferkette für Brennstoffzellen- und Elektrolyseur-Komponenten innerhalb der EU aufbauen soll. Innerhalb des Konsortiums arbeitete das DLR eng mit dem EPFL (Lausanne, Schweiz) und dem CEA (Frankreich) zusammen.
Wissenschaftliche Veröffentlichung: Die Studie zur Pt-e-Cn-Struktur ist im Juni 2026 in der Fachzeitschrift Carbon Energy erschienen. Das Manuskript ist über die folgende DOI zugänglich https://doi.org/10.1002/cey2.70300
Ausblick
Mit der Veröffentlichung ist die wissenschaftliche Grundlage für die Produktion langlebiger Katalysatorstrukturen gelegt. Das Forschungsteam erwartet, dass das flammenbasierte Verfahren die Hochskalierung beschleunigen und damit den Markteintritt langlebiger Wasserstofftechnologien maßgeblich voranbringen kann. Weitere Informationen zum Projekt SUSTAINCELL und zur Forschung des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik stehen auf Anfrage zur Verfügung.
★ Gefördert durch die Clean Hydrogen Partnership und ihre Mitglieder Hydrogen Europe und Hydrogen Europe Research – unterstützt von der Europäischen Union.
