Zu sehen ist hier ganz rechts eines der Zirkonium-Atome in einem Netz aus weiteren Katalysator-Atomen in einer Knopfzelle. Das Zirkonium ersetzt einerseits das teure Edelmetall Platin, verbessert zudem aber auch durch die Einzel-Atom-Struktur die Zellchemie im Akku. Dies wiederum führt dazu, dass die Knopfzelle länger Strom liefert als ältere Modelle. Visualisierung: Bernd Schröder für das HZDR und Minghao Yu für die TU Dresden
Dresdner Forscher ersetzen Platin in Knopfzellen durch billigere Katalysatoren
Dresden, 18. Dezember 2022. Zirkonium könnte die kleinen Knopfzell-Akkus in Hörgeräten billiger machen und ihnen zudem mehr Kraft verleihen. Darauf haben Dr. Minghao Yu von der TU Dresden und Dr. Agnieszka Kuc vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) hingewiesen. Um die Leistungsdichte von Zink-Luft-Energiespeichern zu erhöhen, ersetzte das institutsübergreifende Team die Platin-Teilchen in den Akku-Katalysatoren durch Atome aus dem billigeren Zirkonium.
Mehr Leistungsdichte absehbar
Konkret isolierten sie die Zirkonium-Atome auf Quarzkügelchen und befestigten sie in einem Netz aus Kohlen-, Stick- beziehungsweise Sauerstoffatomen. Dieser neue Katalysator habe die Lade- und Entladeleistung deutlich verbessert, berichtet das HZDR. Und nach 130 Betriebsstunden hatte die Testbatterie immer noch 92 Prozent der ursprünglich eingespeisten Energie gespeichert. „Das ist ein ausgezeichneter Wert, wenn man bedenkt, dass wir uns noch in einem frühen Stadium der Entwicklung unserer neuartigen Katalysatoren befinden“, betonte Dr. Agnieszka Kuc.
Der Katalysator soll die Auswirkungen eines Phänomens verringern, das die praktische Effizienz vieler elektrochemischer Reaktionen begrenzt, erklären die Wissenschaftler: Die Überspannung ist ein Maß für die Abweichung der realen Chemie in der Batteriezelle von dem, was theoretisch eigentlich erwartet werden könnte. „Das bedeutet im Grunde, dass wir weniger Energie nutzbar machen können als von der Thermodynamik vorhergesagt“, erläuterte Kuc.
Neben Wissenschaftlern der TU Dresden und des HZDR sind an dem Projekt auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe (MPI-CPfS) beteiligt.
Quelle: HZDR
Wissenschaftliche Publikation:
X. Wang, Y. An, L. Liu, L. Fang, Y. Liu, J. Zhang, H. Qi, T. Heine, T. Li, A. Kuc, M. Yu, X. Feng, Atomically Dispersed Pentacoordinated-Zirconium Catalyst with Axial Oxygen Ligand for Oxygen Reduction Reaction in Angewandte Chemie, International Edition, 2022 (DOI: 10.1002/anie.202209746)
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