Prof. Dr. Johannes Margraf von der Universität Bayreuth hat mit einem Team eine vielversprechende Methode entwickelt, um die Effizienz von Elektrokatalysatoren zu verbessern. Unter Verwendung von Simulationen und künstlicher Intelligenz haben die Forschenden ein Computerprogramm entwickelt, das gleichzeitig mehrere Eigenschaften des Katalysators optimieren kann. Brennstoffzellen stellen eine von verschiedenen wichtigen Schlüsseltechnologien in der Energiewende dar. Allerdings ist die Abhängigkeit von seltenen Metallen wie Platin als Katalysatoren ein großes Hindernis für deren weitere Verbreitung. Prof. Dr. Johannes Margrafs Forschung begegnet dieser Herausforderung, indem von vornherein Materialkosten in die Optimierung einbezogen werden können. Diese Innovation könnte dazu beitragen, kostengünstige Alternativen zu Platin als Katalysatormaterial in Brennstoffzellen zu entwickeln.
Hochentropie-Legierungen (HEAs) sind eine vielversprechende Art von Materialien für die Elektrokatalyse, einen Prozess, bei dem diese dabei helfen, chemische Reaktionen zu beschleunigen, die in Batterien oder Brennstoffzellen ablaufen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Metallkatalysatoren bestehen diese Materialien aus einer Mischung vieler Elemente. Deshalb sind sie sehr komplex aufgebaut und könnten daher bessere katalytische Eigenschaften in Elektrolyseuren und Brennstoffzellen haben. Es ist jedoch schwierig, die beste Mischung von Elementen für eine bestimmte Anwendung zu finden. Durch die Entwicklung eines Algorithmus, mit dem durch Simulationen und künstliche Intelligenz gleichzeitig mehrere Eigenschaften des Katalysators verbessern werden können, wie zum Beispiel Aktivität, Kosten und Stabilität, konnten die Forschenden aus Bayreuth und vom Fritz-Haber-Institut in Berlin viele neue HEAs vorhersagen. Speziell getestet wurde der Algorithmus für die Sauerstoffreduktion in Brennstoffzellen, wo normalerweise teures Platin als Katalysator verwendet wird. Dabei wurden Katalysatoren gefunden, die genauso aktiv sind wie Platin, aber viel weniger kosten – nur 10 Prozent im Vergleich zu Platin. Zudem konnten Katalysatoren ermittelt werden, die zweieinhalbmal so aktiv sind wie Platin, aber ähnliche Kosten aufrufen. Die bisher theoretischen Vorhersagen des Bayreuther Forschers müssen nun noch durch praktische Experimente bestätigt werden.
