Nickel gilt als vielversprechender, kostengünstiger und robuster Katalysator für die alkalische Wasserelektrolyse – eine Schlüsseltechnologie für die klimaneutrale Herstellung von Wasserstoff ($\mathrm{H_2}$). Bisher war jedoch nicht abschließend geklärt, wie die aktive Oberfläche solcher Nickelelektroden unter realen Reaktionsbedingungen tatsächlich aufgebaut ist.
Ein Forschungsteam der Universität Ulm hat nun eine jahrzehntealte Annahme widerlegt: Die katalytisch aktive Oberfläche besteht nicht, wie bisher weitgehend vermutet, aus Nickeloxihydroxid ($\mathrm{NiOOH}$), sondern aus Nickeldioxid ($\mathrm{NiO_2}$). Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Catalysis veröffentlicht.
Die Entdeckung ist von grundlegender Bedeutung für die Elektrokatalyse: Bei der alkalischen Wasserelektrolyse wird Wasser an der Anode zu Sauerstoff ($\mathrm{O_2}$) oxidiert und an der Kathode zu Wasserstoff reduziert. Die Sauerstoffentwicklung (OER) ist dabei der kinetisch limitierende Teilschritt, weshalb leistungsfähige und zugleich günstige Katalysatoren wie Nickel entscheidend für effiziente Elektrolyseure sind.
Die Korrektur des Bildes der aktiven Phase eröffnet neue Wege für die gezielte Optimierung von Nickelkatalysatoren: Wer die tatsächlich katalytisch wirksame Oberfläche kennt, kann Struktur, Stabilität und Aktivität künftiger Elektroden systematisch verbessern – ein wichtiger Baustein für skalierbare, klimaneutrale Wasserstoffproduktion.
Hintergrund: In industriellen alkalischen Elektrolyseuren kommen seit Jahrzehnten nickelbasierte Elektroden zum Einsatz; unter anodischen Bedingungen wandelt sich metallisches Nickel über Hydroxidschichten um, wobei die exakte Natur der aktiven Phase lange kontrovers diskutiert wurde.
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