Koffein macht auch Brennstoffzellen munter

Aktivität steigt im Versuchslabor von Forschern der Chiba Universität auf das Elffache an

Mit Koffein "gedopte" Brennstoffzelle im Labor der Chiba Universität (Foto: chiba-u.ac.jp)

Tokio (pte003/19.03.2024/06:10) - Forscher der Chiba Universität ( https://www.chiba-u.ac.jp/e/ ) nutzen das unter anderem in Kaffee enthaltene Alkaloid zur Leistungssteigerung von Brennstoffzellen. Sie fügen es in die Platinelektroden ein und erreichen damit eine bessere Sauerstoffreduktion an der positiven Elektrode der Zelle. In einer Brennstoffzelle wird Wasserstoff an der Anode oxidiert, wobei Wasserstoffionen und Elektronen entstehen. Die Ionen wandern durch den Elektrolyten zur Kathode, und die Elektronen fließen durch einen externen Stromkreis und werden als Strom genutzt werden. An der Kathode verbindet sich der Sauerstoff mit den Wasserstoffionen, wobei als einziges Nebenprodukt Wasser entsteht.

Platinhydroxid wirkt als Bremse

Das Vorhandensein von Wasser beeinträchtigt jedoch die Leistung der Brennstoffzelle. Es reagiert mit dem Platinkatalysator und bildet eine Schicht aus Platinhydroxid auf der Elektrode, die die effiziente Katalyse der Sauerstoffreduktionsreaktion behindert und zu Energieverlusten führt. Um einen effizienten Betrieb aufrechtzuerhalten, benötigen Brennstoffzellen eine große Menge Platin, was die Kosten der Brennstoffzellen erheblich erhöht.

"Die Effektivität der Verschmelzung von Wasserstoffionen und Sauerstoff steigt mit an einer derart dotierten Elektrode auf das Elffache an", sagt Forscher Nagahiro Hoshi. Um den Einfluss von Koffein auf die Reaktionsgeschwindigkeit zu beurteilen, haben die Forscher den Stromfluss durch Platinelektroden gemessen, die in einen koffeinhaltigen Elektrolyten getaucht waren. Mit zunehmender Koffeinkonzentration im Elektrolyten verbesserte sich die Aktivität der Elektroden deutlich. Ist Koffein vorhanden, wird es an der Elektrodenoberfläche adsorbiert, wodurch die Wasserstoffadsorption und die Bildung von Platin-Oxid auf der Elektrode wirksam verhindert wird.

Senkrecht stehende Moleküle

Mithilfe der Infrarot-Reflexions-Absorptionsspektroskopie haben die Forscher herausgefunden, dass nicht nur die Anwesenheit von Koffeinmolekülen die Reaktivität steigert. Es kommt in erster Linie darauf an, wie sie ausgerichtet sind. Am effektivsten waren sie, wenn die Molekülebene senkrecht zur Oberfläche stand. Dies zuverlässig und kostengünstig zu erreichen, ist die nächste Aufgabe, die sich das Team gestellt hat.

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