Brennstoffzellen werden in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen. Mit Hilfe einer einfachen chemischen Reaktion – etwa der Verbindung von Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser – können sie elektrischen Strom erzeugen. Als besonders zukunftsträchtig gelten sogenannte Festoxid-Brennstoffzellen aus Keramik. Allerdings wird noch immer nach passenden Materialien für keramische Brennstoffzellen gesucht. Sie müssen hohen Temperaturen standhalten und sollen möglichst lange eine hohe Leistung liefern.

Ghislain Rupp vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien entwickelte neue Methoden um das chemische Verhalten möglicher Brennstoffzell-Materialien zu untersuchen und zu verbessern. Dafür wurde er nun von der Akademie der Wissenschaften mit dem Karl-Schlögl-Preis ausgezeichnet.

Bessere Materialien, niedrigere Temperaturen
Brennstoffzellen werden oft aus keramischen Materialien hergestellt. Sie haben entscheidende Vorteile: Ihr Wirkungsgrad bei der Umwandlung von chemischer in elektrische Energie ist hoch, außerdem erlauben sie eine hohe Flexibilität bei der Wahl des Brennstoffs.

„Anwendung wird die Festoxid‐Brennstoffzelle in kombinierten Strom‐Wärme Erzeugersystemen für größere Betriebe und Wohnhäuser, sowie in mobilen Stromerzeugern, beispielsweise als Range Extender für Elektro-Autos finden“, glaubt Ghislain Rupp.

Bisher brauchen Brennstoffzellen eine Betriebstemperatur von 700 bis 1000°C, das schränkt die Auswahl an möglichen Materialien stark ein und verringert die Lebensdauer der Komponenten. Ein großer Fortschritt wäre die Entwicklung einer Brennstoffzelle, die mit einer Arbeitstemperatur von 400 bis 600°C auskommt. Dafür braucht man aber Materialien mit besonders hoher chemischer Aktivität.

An der Kathode, dem positiven Pol der Brennstoffzelle, wird Sauerstoff aus der Luft in das Brennstoffzellen-Material eingebaut. Elektrisch geladene Sauerstoff-Ionen müssen dann durch das Material hindurchwandern und auf der negativ geladenen Seite, der Anode mit dem Brennstoff reagieren – zum Beispiel mit Wasserstoff. „In meiner Dissertation habe ich untersucht, wie die chemische Zusammensetzung der Oberfläche von vielversprechenden Kathodenmaterialien den Einbau von Sauerstoff beeinflusst und wie man diesen begünstigen kann“, erklärt Rupp. Mit neu entwickelten Messtechniken ist es gelungen, die chemischen Vorgänge in wichtigen Brennstoffzell-Materialien besser zu verstehen.

Ghislain Rupp
Ghislain Rupp, in Deutschland geboren, mit deutscher und französischer Staatsbürgerschaft, maturierte in Wien und studierte dann Technische Chemie an der TU Wien. Forschungspraktika führten ihn an die ETH Zürich und an die Tsinghua Universität in Peking (China). Nach seinem Studium arbeitete er als Universitätsassistent am Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien an seiner Dissertation, die er im August 2016 abschloss. Seither ist er in Linz bei der Voestalpine tätig und forscht dort an Metallbeschichtungen für Stahl.

Ghislain Rupp wurde bereits mit mehreren Preisen ausgezeichnet (unter anderem mit dem Diplomarbeitspreis der Gesellschaft Österreichischer Chemiker), nun gewann er den Karl-Schlögl-Preis der ÖAW, mit dem herausragende Chemie-Dissertationen ausgezeichnet werden. Der Preis ist nach Karl Schlögl (1924-2007) benannt, der als Professor für Organische Chemie an der Universität Wien tätig war.

Zum Nachlesen:
„Warum der Brennstoffzelle die Luft wegbleibt“ – Pressemeldung über eine wissenschaftliche Publikation von Ghislain Rupp, die im März 2017 in „Nature Materials“ erschienen ist , öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster