Mehr Stehvermögen fürs Notebook

Wasserstoff und Sauerstoff reagieren zu Wasser, und dabei wird Energie frei. So einfach funktioniert – auf den Punkt gebracht – eine Brennstoffzelle. Die technische Umsetzung aber ist nicht ganz so simpel. So dient bei vielen Brennstoffzellen nicht Wasserstoff direkt als Brennstoff, sondern Methanol, das seine Wasserstoffatome abgibt. Damit die Zelle nicht explodiert, muss dieses Methanol vom Sauerstoff getrennt sein – und zwar durch eine Membran aus Spezialkunststoff. Die Membran fungiert als Sieb, das ausschließlich elektrisch geladene Wasserstoffionen passieren lässt. Doch genau diese Membran ist Paul Kenis von der University of Illinois ein Dorn im Auge.

"In meiner Brennstoffzelle gibt es keine Membran, sagt Kenis. Es ist ein membranloses System."

Eine membranlose Brennstoffzelle hätte vor allem einen Vorteil: Sie muss nicht wie üblich auf Säurebasis arbeiten, sondern könnte auch auf Alkali-Basis funktionieren. Alkali hat – elektrochemisch gesehen – deutlich günstigere Eigenschaften als Säuren, weshalb es sich bei Einwegbatterien auf breiter Front durchgesetzt hat. Doch wie soll so eine membranlose Brennstoffzelle funktionieren – gewissermaßen eine Trennung ohne Trennwand?

"Man kann es vergleichen mit dieser gestreiften Zahncreme. Wenn man die aus der Tube drückt, vermischen sich die beiden Farben nicht, sondern bleiben ordentlich voneinander getrennt. Dasselbe passiert im Mikrometermaßstab mit Flüssigkeiten. "

Gewohnt sind wir folgendes: Fließen zwei Flüsse ineinander, durchmischen sie sich sofort. Das lässt sich insbesondere dort gut beobachten, wo die Flüsse unterschiedliche Färbungen haben, zum Beispiel der eine grün, der andere grau. Der Grund dafür: Beim Ineinanderfließen entstehen zwangsläufig Turbulenzen, Wirbel. Sie zeigen dieselbe Wirkung wie ein kreisender Löffel, der den Kaffee umrührt und die eingegossene Milch in Null Komma nichts in der Tasse verteilt. Ganz anders und völlig ungewohnt ist die Situation, wenn zwei mikrometerkleine Flüsse zusammenfließen.

"Wir führen den flüssigen Brennstoff mit dem flüssigen Sauerstoff zusammen, und zwar in einem dünnen Röhrchen, das nur einen knappen Millimeter dick ist. Und in dem Röhrchen fließen die beiden Flüssigkeiten schön parallel nebeneinander her, ohne sich zu durchmischen."

In dem feinen Röhrchen nämlich ist schlicht zu wenig Platz, als dass sich irgendwelche Wirbel ausbilden könnten. Also fließen die Flüssigkeiten völlig laminar, also turbulenzfrei nebeneinander her – als wären sie durch eine unsichtbare Wand getrennt. Nur dort, wo die beiden Flüssigkeiten aneinander grenzen, tauschen sie Wasserstoffionen aus – und damit elektrischen Strom. Das Prinzip funktioniert, sagt Paul Kenis, jetzt könne man es in ein Produkt umsetzen. Es fehlt also noch etwas Ingenieurshirnschmalz, und die Brennstoffzelle aus Illinois könnte in zwei bis drei Jahren marktreif sein und Notebooks zu mehr Stehvermögen verhelfen. Bleibt eine Frage: Sollte die Zelle mal vom Tisch fallen – wird die Erschütterung nicht beide Flüssigkeiten kräftig durchmischen?

"Das ist eine gute Frage. Nun – in unserem Labor haben wir die Brennstoffzelle auf den Tisch gelegt und unsere Studenten gebeten, laut auf dem Tisch herumzutrommeln. Dabei war zwar zu beobachten, dass sich die Flüssigkeitsströme zu schlängeln anfingen. Doch die laminare Strömung wirkt wie ein Stoßdämpfer, und die Brennstoffzelle kehrte schnell wieder zu ihrer ursprünglichen Leistung zurück."

Und wenn das Ding schon trommelnde Studenten aushält – was soll ihm dann noch etwas anhaben können...