Neue Nickel- und Kohlenstofftechnologie verspricht, Kosten zu senken und den Einsatz von Brennstoffzellen zu erweitern

Katharina Robben • May 06, 2026 05:57

Neue Technologie auf Basis von Nickel und Kohlenstoff soll Kosten senken und den Einsatz von Brennstoffzellen ausweiten

Forschende der Cornell University haben einen Katalysator für Brennstoffzellen entwickelt, der ohne Edelmetalle wie Platin oder Palladium auskommt. Das neue Material basiert auf Nickel, das mit einer Kohlenstoffschicht überzogen ist, und zeigt in alkalischer Umgebung eine hohe katalytische Aktivität – ein Ansatz, der sich für eine breitere Nutzung der Technologie anbietet.

Warum alkalische Brennstoffzellen preiswertere Katalysatoren ermöglichen

Konventionelle Brennstoffzellen werden üblicherweise in saurer Umgebung betrieben. Dort sind Edelmetalle nötig, damit der Katalysator stabil bleibt – was die Systeme teuer macht und ihren Einsatz begrenzt. Der neue Ansatz setzt stattdessen auf eine alkalische Umgebung, in der sich günstige Metalle wie Nickel, Eisen und Kobalt einsetzen lassen, die 500–1000 mal kostengünstiger sind.

Nickel-Kohlenstoff-Katalysator: Graphen-Schicht verhindert Oxidation

Eine zentrale Hürde bei alkalischen Brennstoffzellen war bislang die geringe Geschwindigkeit der Wasserstoffoxidationsreaktion. Nickel gilt zwar als geeignet, oxidiert jedoch rasch und verliert dadurch seine Wirksamkeit. Dieses Problem lösten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, indem sie Nickel mit einer extrem dünnen Kohlenstoffschicht aus Graphen ummantelten – lediglich 3–4 Atome stark. Die Beschichtung schützt das Nickel vor Oxidation und erhält so seine Aktivität.

Messergebnisse, Mikroskopie und aktueller Stand der Haltbarkeit

In Versuchen erreichte der Katalysator eine Leistungsdichte von 1 W pro Quadratzentimeter. Damit liegt er über den Zielwerten des US-Energieministeriums für Brennstoffzellen, die Edelmetall-Katalysatoren verwenden, und positioniert die Technologie als konkurrenzfähig zu etablierten Systemen.

Getestet wurde der neue Katalysator unter Bedingungen, die den Betrieb von Brennstoffzellen nachbilden. Die Untersuchungen zeigen, dass die Kohlenstoffschicht das Eindringen von Sauerstoff in das Nickel wirkungsvoll hemmt und dadurch dessen Eigenschaften bewahrt. Bestätigt wurde dies durch atomar aufgelöste Aufnahmen, die mittels Mikroskopie gewonnen wurden.

Die derzeitige Lebensdauer des Systems liegt bei rund 2000 Stunden und damit unter dem Zielwert von 15 000 Stunden. Dennoch gehen die Forschenden davon aus, dass sich die geforderte Stabilität durch technische und konstruktive Optimierungen erreichen lässt, da die zugrunde liegende Reaktionschemie bereits ihre Leistungsfähigkeit gezeigt hat.

Mögliche Anwendungen in Verkehr, Generatoren und dezentraler Versorgung

Langfristig könnte die Technologie unter anderem in der Automobilindustrie eingesetzt werden. Ebenso kommen stationäre und mobile Generatoren als Anwendungsfelder infrage. Darüber hinaus eignet sich der Ansatz für dezentrale Stromversorgungssysteme, insbesondere in abgelegenen Regionen.