Robert Klatt
Koffein im Elektrolyt von Brennstoffzellen schützt Platinelektroden vor Wasser. Die Effizienz der chemischen Reaktion nimmt dadurch stark zu.
Chiba (Japan). Die Anode und Kathode in Brennstoffzellen sind meistens mit Platin beschichtet. Die Platinbeschichtung dient als Katalysator und erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit des Wasserstoffs und Sauerstoffs zu Wasser und damit die Freisetzung der elektrischen Energie. Forscher der Universität Chiba um Prof. Nagahiro Hoshi haben nun untersucht, ob Koffein die Effizienz von Platinelektroden beeinflusst.
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Communications Chemistry haben sie dazu Platinelektroden, deren Oberflächenatome in den Kristallstrukturen (100), (110) und (111) angeordnet waren, in ein unterschiedliche koffeinhaltige Elektrolyte getaucht. Anschließend haben sie den Stromfluss durch die Elektroden gemessen, um die Reaktion der Brennstoffzelle zu analysieren. Sie konnten so ermitteln, dass bei einigen Elektroden die Reaktivität mit einer zunehmenden Koffeinkonzentration zunimmt. Die Effizienz konnte dadurch um das bis zu 11-fache erhöht werden.
In einer Brennstoffzelle wird elektrischer Energie freigesetzt, wenn sich an der Kathode Sauerstoff mit Wasserstoff verbindet. Bei dieser chemischen Reaktion entsteht zudem als Nebenprodukt Wasser, das mit dem Platinkatalysator reagiert und eine Schicht aus Platinhydroxid auf der Elektrode bildet. Wasser reduziert dadurch die Effizienz des Katalysators. Wenn im Elektrolyt Koffein enthalten ist, schützt dies die Platinelektroden vor dem Wasser und es entsteht kein Platinhydroxid auf der Elektrode.
„Die erhöhte Aktivität von Pt(111) und Pt(110) wurde auf die geringere PtOH Bedeckung und der geringeren sterischen Hinderung des adsorbierten Koffeins zugeschrieben. Im Gegensatz dazu wurde bei Pt(100) der Effekt der PtOH-Bedeckung durch die sterische Hinderung des adsorbierten Koffeins aufgehoben, so dass Koffein keinen Einfluss auf die ORR-Aktivität.“
Die Entdeckung kann laut den Wissenschaftler in Zukunft dazu führen, dass Brennstoffzellen effizienter werden und günstiger produziert werden können. Es ist aber noch nicht bekannt, wann die Brennstoffzellen mit dem koffeinhaltigen Elektrolyt in die industrielle Massenproduktion übergehen werden.
Communications Chemistry, doi: 10.1038/s42004-024-01113-6
