Brennstoffzellen ohne Gluthitze: Neues Material leitet Sauerstoffionen schon bei 233 Grad
Festoxid-Brennstoffzellen laufen meist bei 700 bis 1.000 Grad. Ein Team aus Tokio hat ein Material gefunden, das Sauerstoffionen schon bei 233 Grad sehr gut leitet – und dabei stabil bleibt.
Symbolbild · Foto: Jakub.kupecki / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0 (zugeschnitten und skaliert)
Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) erzeugen aus Wasserstoff, Erdgas oder Biogas direkt Strom. Ihre üblichen Elektrolyte wie yttriumstabilisiertes Zirkonoxid brauchen aber Temperaturen von etwa 700 bis 1.000 Grad Celsius, was die Materialien altern lässt und die Kosten erhöht. Gesucht sind daher Elektrolyte, die zwischen 200 und 500 Grad gut funktionieren – ein Bereich, den Fachleute „Norby-Lücke“ nennen.
Ein Team um Professor Masatomo Yashima vom Institute of Science Tokyo hat nun ein neues sogenanntes Sillén-Oxybromid mit der Formel Bi1,9Te0,1LaO4,05Br vorgestellt. Es erreicht bereits bei 233 Grad eine Leitfähigkeit für Sauerstoffionen von 0,01 Siemens pro Zentimeter im Kristallinneren. Etablierte Elektrolyte wie YSZ und LSGM benötigen dafür 644 bzw. 534 Grad. Zudem blieb das Material bis 300 Grad in verschiedenen Atmosphären chemisch stabil; seine chemische Ausdehnung ist vernachlässigbar. Überraschend ist der Mechanismus: Die Ionen wandern über Leerstellen im Kristallgitter, obwohl das Material überschüssigen Sauerstoff enthält. Die Studie erschien am 14. Oktober in Nature Communications, beteiligt waren auch die Kyushu-Universität, das Imperial College London und das japanische Forschungszentrum KEK.
Bis zur Anwendung ist noch Arbeit nötig: Die Gesamtleitfähigkeit liegt wegen des Widerstands an den Korngrenzen unter dem Wert im Kristallinneren. Die Forschenden wollen deshalb das Gefüge des Materials weiter optimieren.