Få mere kontrol over brændselscellemembraner

Mere organisering på molekylært niveau kan forbedre effektiviteten af ​​membraner, der bruges i brintbrændstofcellerne, der leverer energi til elbiler og andre industrielle applikationer, ifølge en anmeldelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskab og teknologi af avancerede materialer .

Brintceller er de energiproducerende komponenter i elbiler. At arbejde, de skal kunne splitte brintmolekyler i positivt ladede protoner og negativt ladede elektroner. En bestemt type membran-en protonledende polymermembran-bruges til dette formål. Det tillader kun protoner at passere igennem det, mens elektronerne cirkuleres rundt om membranerne for at skabe den ønskede elektriske strøm. Protoner transporteres derefter langs en tynd 'ionomer' film og derefter ind i en elektrokemisk katalysator, hvor elektroner og protoner slutter sig igen.

Forskning har vist, at protontransport gennem de tykkere protonledende polymermembraner er bedre end i de tyndere ionomere.

Denne anden del af protontransportprocessen skal studeres for at forbedre brændselscellens ydeevne, siger materialeforsker Yuki Nagao fra Japan Advanced Institute of Science and Technology, der har forsket i protonledende film i mange år.

Ved hjælp af state-of-the-art teknologier, han og andre har undersøgt ionomerfilmers molekylære strukturer og har fundet ud af, at jo mere organiserede de er internt, jo bedre de leder protoner.

Nogle ionomerfilm, der sædvanligvis bruges i brintbrændselsceller, er fremstillet med perfluoreret sulfonsyre. Filmene kan placeres på overflader fremstillet af stoffer som siliciumoxid, magnesiumoxid, eller spruttet platin eller guld. Nagao har fundet ud af, at protonkonduktivitet i disse film afhænger af overfladetypen og kan påvirke brændselscellens ydeevne.

Molekyler i en anden type film, fremstillet af alkylsulfoneret polyimid, blive mere organiseret med vandoptagelse. Denne egenskab er resultatet af materialets evne til at gå ind i en flydende krystalfase, når der tilsættes opløsningsmiddel.

"At udvikle en bedre forståelse af disse egenskaber og deres indvirkning på protonledning er vigtig for at tydeliggøre protonledningsmekanismer, "forklarer Nagao.

Yderligere forskning er nødvendig for at forstå, hvordan man styrer molekylær organisation ved anvendelse af eksterne magnetfelter, ved at anvende deres flydende krystalegenskaber, eller ved at udvikle hydrogenbindingsnetværk mellem polymerkæder i de tynde film. Dette kan hjælpe med at føre til en række forskellige anvendelser ved hjælp af meget protonkonduktive polymer tynde film.