Die kleinste Brennstoffzelle der Welt

Forscher der Universität Illinois haben eine Brennstoffzelle entwickelt, die nur 3 x 3 mm groß ist. Die Zelle kommt ohne Flüssigkeitspumpe aus – sie nutzt stattdessen die Oberflächenspannung des Wassers.

Die von der Forschergruppe um Saeed Moghaddam von der Universität Illinois entwickelte Brennstoffzelle ist bei Abmessungen von 3 x 3 mm nur 1 mm dick. Die ersten Prototypen der wasserstoffbetriebenen Mini-Brennstoffzellen erzeugen 0,7 V und 0,1 mA. Mit einer Tankfüllung arbeitet das System 30 Stunden.

Nach Aussagen der Forscher war die Miniaturisierung von Brennstoffzellen bisher technisch schwer umsetzbar, da die Verkleinerung der Flüssigkeitspumpe und der Elektronik einer Brennstoffzelle sehr aufwendig ist. »Die verkleinerten Komponenten benötigen meinst mehr Energie für den Betrieb, als die Brennstoffzelle liefern kann«, so der Leiter der Forschergruppe Saeed Moghaddam.

Die Entwicklung seiner Gruppe kommt ganz ohne Pumpe aus – was die Energieaufnahme des Systems auf Null sinken lässt. Die Mini-Brennstoffzelle besteht lediglich aus vier Komponenten: Eine dünne Membran trennt den Wassertank von dem mit Metallhydrid gefüllten Bereich. Darunter liegen die Elektroden.

Kleine Löcher in der Membran sorgen dafür, dass das Wasser in der angrenzenden Kammer als Dampf ankommt. Dieser Dampf reagiert mit dem Metallhybrid zu Wasserstoff. Dadurch entsteht ein Druck, der die Membran verschließt. Der Wasserstoff reagiert an den Elektroden und erzeugt Strom. Durch die Reaktion an den Elektroden verringert sich der Wasserstoff und der Druck in der Kammer sinkt. Dadurch kann mehr Wasser in die Kammer fließen und die Reaktion aufrecht erhalten. Dieser Vorgang benötigt keine Pumpe, er funktioniert lediglich durch die Oberflächenspannung des Wassers.

Auch die Gravitation spielt bei diesem Prozess keine Rolle. Aufgrund der kleinen Größe ist die Oberflächenspannung die einzige Kraft, die die Reaktion beeinflusst – d. h. die Brennstoffzelle arbeitet in jeder beliebigen Lage.

Die Energieausbeute – 0,7 V bei 0,1 mA – reicht zwar noch nicht aus, um ein Handy zu laden, doch zukünftig sollen die Mini-Brennstoffzellen einmal in der Lage sein, kleine tragbare Geräte mit Energie zu versorgen. (pte/ka)