Kurkuma enthält Extrakt zu sichereren, effizienteren Elektroden
Forscher des Clemson Nanomaterials Institute (CNI) und des Sri Sathya Sai Institute of Higher Learning (SSSIHL) in Indien entdeckten einen neuartigen Weg, Curcumin – die Substanz in Kurkuma – und Gold-Nanopartikel zu kombinieren, um eine Elektrode zu schaffen, die 100mal weniger Energie benötigt, um Ethanol effizient in Strom umzuwandeln. Das Forscherteam muss zwar noch weitere Tests durchführen, aber die Entdeckung bringt die Ersetzung von Wasserstoff als Brennstoffzellen-Einsatzstoff einen Schritt näher.
Brennstoffzellen erzeugen Strom durch eine chemische Reaktion anstelle von Verbrennung. „Von allen Katalysatoren für die Alkoholoxidation in alkalischem Medium ist der von uns hergestellte Katalysator der bisher beste“, so Apparao Rao, Gründungsdirektor des CNI und R. A. Bowen Professor für Physik am College of Science’s. Wasserstoff-Brennstoffzellen sind hocheffizient und erzeugen keine Treibhausgase. Obwohl Wasserstoff das häufigste chemische Element im Universum ist, muss er aus Stoffen wie Erdgas oder der Wasserelektrolyse gewonnen werden, da er auf der Erde nur in Verbindung mit anderen Elementen in flüssiger, gasförmiger oder fester Form vorkommt.
„Um es zu einem kommerziellen Produkt zu machen, bei dem wir unsere Tanks mit Ethanol füllen können, müssen die Elektroden hocheffizient sein“, sagt Lakshman Ventrapragada, ehemaliger Forschungsassistent am CNI und Alumnus des SSSIHL. „Gleichzeitig wollen wir keine sehr teuren Elektroden oder synthetische Polymersubstrate, die nicht umweltfreundlich sind, denn das würde den ganzen Zweck zunichte machen. Wir wollten etwas Grünes für den Erzeugungsprozess der Brennstoffzelle und die Herstellung der Brennstoffzelle selbst finden.“
Die Forscher konzentrierten sich auf die Anode der Brennstoffzelle, an der das Ethanol oder ein anderes Ausgangsmaterial oxidiert wird. In Brennstoffzellen wird häufig Platin als Katalysator verwendet. Platin kann jedoch durch Reaktionszwischenprodukte wie Kohlenmonoxid vergiftet werden, so Ventrapragada. Außerdem ist es kostspielig.
Strukturelle Einzigartigkeit
Die Forscher verwendeten Gold als Katalysator. Anstatt leitende Polymere, metallorganische Gerüste oder andere komplexe Materialien zu verwenden, um das Gold auf der Oberfläche der Elektrode abzuscheiden, nutzten die Forscher Curcumin aufgrund seiner strukturellen Einzigartigkeit. Curcumin bildet ein poröses Netzwerk um die Nanopartikel herum. Die Forscher brachten die Curcumin-Goldnanopartikel auf der Oberfläche der Elektrode bei einem 100-mal niedrigeren elektrischen Strom als in früheren Studien auf. „Ohne diese Curcumin-Beschichtung ist die Leistung schlecht“, so Rao. „Wir brauchen diese Beschichtung, um die Nanopartikel zu stabilisieren und eine poröse Umgebung um sie herum zu schaffen, und dann leisten sie bei der Alkoholoxidation eine hervorragende Arbeit.
„In der Industrie wird die Alkoholoxidation stark vorangetrieben. Diese Entdeckung ist ein hervorragender Wegbereiter dafür. Der nächste Schritt ist die Vergrößerung des Prozesses und die Zusammenarbeit mit einem industriellen Partner, der die Brennstoffzellen tatsächlich herstellen und Stapel von Brennstoffzellen für die reale Anwendung bauen kann“, fuhr er fort.
Weiterreichende Auswirkungen
Die Forschungsarbeit könnte aber noch weitere Auswirkungen haben als nur verbesserte Brennstoffzellen. Die einzigartigen Eigenschaften der Elektrode könnten sich für zukünftige Anwendungen in Sensoren, Superkondensatoren und mehr eignen, so Ventrapragada.
Die Zeitschrift Nano Energy veröffentlichte die Ergebnisse unter dem Titel „Green synthesis of a novel porous gold-curcumin nanocomposite for super-efficient alcohol oxidation“. Ventrapragada entwarf das Experiment während seiner Diplomarbeit in Raos CNI-Labor. Nach Ventrapragadas Abschluss wurde die Elektrode vom SSSIHL-Forschungsteam aus Indien, dem Sai Prasad Nayak, J.K. Kiran Kumar und Sai Sathish Ramamurthy angehören, charakterisiert und getestet.
->Quellen:
- news.clemson.edu/extract-from-a-common-kitchen-spice-could-be-key-to-greener-more-efficient-fuel-cells
- Originalveröffentlichung: Sai Prasad Nayak, Lakshman K.Ventrapragada, Sai Sathish Ramamurthy, J.K.Kiran Kumar, Apparao M.Rao: Green synthesis of a novel porous gold-curcumin nanocomposite for super-efficient alcohol oxidation, in: Nano Energy, Volume 94, April 2022, 106966 –doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.106966