Brennstoffzellen Origami macht Brennstoffzellen fit für Smartphones

Autor / Redakteur: pte / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Mit einer kleinen und leichten Brennstoffzelle wollen koreanische Forscher des Zentrums für Nanopartikelforschung am Institute for Basic Science (IBS) Akkus Konkurrenz machen. Gedacht ist sie für die Stromversorgung tragbarer elektronischer Geräte wie Smart Watches oder Smartphones. Sie wird mit Wasserstoff oder Methanol und Sauerstoff aus der Luft betrieben.

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Schematische Darstellung einer in Reihe geschalteten flexiblen röhrenförmigen Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle.
Schematische Darstellung einer in Reihe geschalteten flexiblen röhrenförmigen Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle.
(Bild: IBS)

Brennstoffzellen haben eine Reihe von Vorteilen gegenüber Batterien, etwa eine viel höhere Energiedichte und sie belasten während des Betriebs die Umwelt nicht – vorausgesetzt der Wasserstoff wird mit Ökostrom hergestellt. Bisher war es nicht möglich, kleine, leichte und flexible Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen herzustellen, denn sie bestehen aus lauter schweren, starren und voluminösen Bauteilen.

Wie Pappbecher gestapelte Elemente

Sung Yung-Eun und sein Team haben daher eine Brennstoffzelle mit völlig anderem Design als üblich entwickelt. Sie besteht aus konischen Elementen, die wie Pappbecher gestapelt werden. Das reduziert die Zahl der für die Montage notwendigen Teile wie Klemmen und Schrauben erheblich. Zudem werden die sperrigen Endplatten überflüssig, die in herkömmlichen Brennstoffzellen unabdingbar sind. Darüber hinaus ist die sogenannte Bipolarplatte leicht und kompakt, da sie aus Edelstahlgewebe besteht. Sie dient als elektrische Verbindung der Zellen, sorgt für die Gasverteilung über die Fläche der Platte, die Gastrennung zwischen angrenzenden Zellen sowie Abdichtung nach außen.

Faltbar nach Origami-Vorbild

Ein weiteres Merkmal der neuen Brennstoffzelle ist ihre flexible Struktur, die auf dem Prinzip des Origami basiert. Sie lässt sich falten und verbiegen. So ließ sich das Volumen um fast 50 Prozent reduzieren. Selbst Knicke um 90 Grad haben nur zu einer Leistungseinbuße von zehn Prozent geführt.

Die Brennstoffzelle, in der zwei Zellen in Reihe geschaltet sind, ist mit einem Volumen von 0,565 cm3 – das entspricht einem Würfel mit einer Kantenlänge von 0,83 cm – sehr kompakt und wiegt nur 0,22 g. Sie hat eine Leistung von 198 mW und erreicht eine Leistungsdichte von 897,7 W/kg, wenn sie mit Wasserstoff betrieben wird. Bei einer Versorgung mit Methanol sind die Werte niedriger, doch flüssiges Methanol lässt sich einfacher und platzsparender als Wasserstoff speichern. Nach mehr als 100 Lade- und Entladezyklen hatte die Zelle noch keine Leistung verloren.

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