Ein Forschungsteam der Tohoku-Universität hat ein neues Material entwickelt, das die Entwicklung von Wasserstoffenergiegeräten wie Brennstoffzellen und Wasserstofftrennmembranen revolutionieren könnte. Die Ergebnisse, veröffentlicht am 18. August 2025 im Journal of the American Chemical Society, zeigen, dass niobdotiertes Titandioxid (TiO?) bei Temperaturen zwischen 200 und 500 °C sowohl Protonen als auch Elektronen effizient leitet.
Herkömmliche Brennstoffzellen arbeiten bei hohen Temperaturen über 500 °C, was die Kosten erhöht und die Nutzung verschiedener Brennstoffe erschwert. Das neue Material ermöglicht eine effiziente Ionenleitung im mittleren Temperaturbereich, was die Kosten senken und die Flexibilität erhöhen könnte. Niob (Nb) wirkt als Elektronendonor, erhöht die Elektronendichte im TiO?-Kristall und stabilisiert Protonen, wodurch das Material 10- bis 100-mal mehr Wasserstoff absorbiert als undotiertes TiO?. Zudem schwächt Niob die Bindung zwischen Protonen und Titan, was eine schnelle Protonendiffusion fördert.
Die Forscher nutzten einen selbstentwickelten protonenleitenden Glaselektrolyten, um die Protonenleitfähigkeit präzise zu messen, indem Elektronen blockiert wurden. Die gemessene Protonenleitfähigkeit übertrifft die vieler bekannter Elektrolyte bei gleichen Temperaturen. „Dies ist die erste Demonstration, dass Elektronendonor-Dotierung sowohl Protonen- als auch Elektronenleitung bei mittleren Temperaturen ermöglicht“, erklärte Assistenzprofessor Tomoyuki Yamasaki. Die Entdeckung könnte die Materialauswahl für zukünftige Wasserstofftechnologien erheblich erweitern und den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Gesellschaft unterstützen.
DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.5c05805
