(Hamburg) – Am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) haben Wissenschaftler die Grundlage für eine neue Methode der Speicherung von Wasserstoff geschaffen: mit winzigen, nur 1,2 Nanometer großen Teilchen aus dem Edelmetall Palladium. Dass Palladium Wasserstoff „aufsaugen kann wie ein Schwamm“ sei zwar schon länger bekannt, sagt Teamleiter Andreas Stierle. Allerdings gebe es bislang das Problem, „den Wasserstoff wieder aus dem Material herauszubekommen“. Deshalb habe man mit Palladium-Teilchen geforscht, die lediglich rund einen Nanometer messen. Ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter.
Die herkömmliche Art, Wasserstoff zu speichern, ist bislang aufwendig: Entweder wird das Gas in Drucktanks bei bis zu 700 bar aufbewahrt oder aber in flüssiger Form, wobei es bis auf minus 253 Grad Celsius abgekühlt werden muss – beide Verfahren kosten zusätzlich Energie.
Iridium als Stabilisator
Die potenziellen neuen Speicher werden durch einen Kern aus dem seltenen Edelmetall Iridium stabilisiert. Zusätzlich seien sie auf Graphen fixiert, einer extrem dünnen Lage aus Kohlenstoff. „Auf Graphen können wir die Palladium-Teilchen in Abständen von nur zweieinhalb Nanometern verankern“, erklärt Stierle, der das DESY-NanoLab leitet. „Das Ergebnis ist eine regelmäßige periodische Struktur.“
Die Forscher konnten per Röntgenlichtquelle im Ringbeschleuniger PETRA III verfolgen, dass der Wasserstoff bei Kontakt mit Palladium-Teilchen im Wesentlichen an ihren Oberflächen haften bleibe und kaum in das Innere eindrang. „Bildlich gesprochen ähneln diese Nanoteilchen einer Praline“, so die Wissenschaftler: „In der Mitte befindet sich eine Iridium-Nuss, umhüllt von einer Marzipanschicht aus Palladium, ganz außen folgt als Schoko-Überzug der Wasserstoff.“ Zur Entladung des Speichers reiche eine leichte Erwärmung: Da die Gasmoleküle sich nicht den Weg aus dem Inneren bahnen müssten, löse sich der Wasserstoff rasch von der Teilchen-Oberfläche ab.
Speicherdichte klären
Als nächstes wolle das Team herausfinden, welche Speicherdichte mit der neuen Methode erreichbar ist. Auch an den Trägermaterialien müsse noch geforscht werden, bevor an einen praktischen Einsatz zu denken sei. An den Arbeiten sind auch Wissenschaftler der Universitäten Köln und Hamburg beteiligt. Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY in der Helmholtz-Gemeinschaft ist ein Zentrum für naturwissenschaftliche Grundlagenforschung mit Sitz in Hamburg und Zeuthen.
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Grafik
Die Palladium-Nanopartikel (grün) werden durch einen Kern aus Iridium (rot) stabilisiert. Auf ihrer Oberfläche kann sich Wasserstoff wie eine Art Schokoladenglasur anlagern – und durch Erwärmen wieder abgelöst werden. © DESY / Andreas Stierle
