Porøse salte til brændselsceller

Forskere har udviklet en ny klasse af krystallinske porøse organiske salte med høj protonkonduktivitet til applikationer såsom protonudvekslingsmembraner til brændselsceller. Som rapporteret i journalen Angewandte Chemie , polære kanaler, der indeholder vand, spiller en kritisk rolle i protonledning. Ved omkring 60 ° C og høj luftfugtighed, deres protonkonduktivitet er en af ​​de bedste, der endnu er fundet i et porøst materiale.

Porøse organiske materialer er potentielt nyttige til mange applikationer, herunder katalytiske systemer adskillelsesprocesser, og gaslagring. Selvom disse rammelignende strukturer varierer meget, de har en ting tilfælles:deres komponenter er forbundet via kovalente bindinger. Porøse organiske salte, på den anden side, er en ny klasse af materialer med komponenter holdt sammen af ​​ioniske bindinger, attraktionskræfterne mellem positive og negativt ladede ioner. De er udfordrende at producere, fordi deres porer normalt falder sammen; de ioniske bindinger af tidligere kendte organiske salte er ikke stærke nok til at stabilisere en porøs struktur.

Forskere, der arbejder med Teng Ben ved Jilin University (Changchun, Kina) har nu med succes kombineret organiske baser og syrer til fremstilling af salte med meget stærke bindinger og definerede krystallinske strukturer, der danner stabile poresystemer. Disse meget porøse faste stoffer har det højeste indre overfladeareal, der nogensinde er fundet i et organisk salt. Forskerne demonstrerede en signifikant sammenhæng mellem styrken af ​​de ioniske bindinger og porestrukturens stabilitet.

Porerne i saltene danner endimensionelle kanaler og kan holde vand. Vandmolekylerne er bundet til hinanden og til de ladede grupper gennem hydrogenbinding. Disse aspekter giver saltene deres usædvanligt høje protonkonduktivitet. Materialer med høj protonkonduktivitet er blevet fokus i opmærksomheden, fordi de er gode elektrolytter til brændselsceller. I en brændselscelle, to halve reaktioner af en kemisk reaktion opstår, mens de er fysisk adskilt. Den mest populære version bruger reaktionen oxygen og hydrogen til at danne vand. I dette tilfælde, de to celler skal udveksle protoner (positivt ladede hydrogenatomer) gennem en elektrolyt-normalt gennem en protonledende polymermembran. Forskere har ledt efter mere effektive, robuste elektrolytter. Disse nye salte kan være kandidater. De er meget stabile ved højere temperaturer, og deres protonkonduktivitet stiger, når temperaturen stiger.

I konventionelle polymermembraner, protontransport sker gennem vandholdige kanaler, hvorigennem protonerne i netværket overføres fra et molekyle til det næste gennem hydrogenbundne vandmolekyler. I saltene, transportmekanismen er anderledes. Beregninger indikerer, at protonerne sendes gennem kanalerne med "kurer":Et vandmolekyle binder en proton og diffunderer gennem kanalen, frigiver protonen på den anden side.