Hvordan nye materialer øger effektiviteten af ​​direkte ethanolbrændselsceller

Ethanol har fem gange højere volumetrisk energitæthed (6,7 kWh/L) end brint (1,3 kWh/L) og kan sikkert bruges i brændselsceller til elproduktion. Især i Brasilien er der stor interesse for bedre brændselsceller til ethanol, da landet distribuerer billig ethanol fremstillet på en vedvarende måde af sukkerrør. Teoretisk set, effektiviteten af ​​en ethanolbrændselscelle skal være 96 procent, men i praksis er den ved den højeste effekttæthed kun 30 procent, på grund af forskellige årsager. Så der er meget plads til forbedring.

Nafion med nanopartikler

Et hold ledet af Dr. Bruno Matos fra det brasilianske forskningsinstitut IPEN undersøger derfor nye kompositmembraner til direkte ethanolbrændselsceller. En lovende løsning er at skræddersy nye polymerbaserede kompositelektrolytmaterialer til at erstatte den avancerede polymerelektrolyt såsom Nafion. Matos og hans team bruger en smelteekstruderingsproces til at producere kompositmembraner baseret på Nafion med yderligere titanat-nanopartikler, som er blevet funktionaliseret med sulfonsyregrupper.

Infrarøde eksperimenter på BESSY II

Matos' team har nu grundigt analyseret fire forskellige sammensætninger af Nafion-kompositmembraner ved den infrarøde strålelinje IRIS på BESSY II. Småvinklede røntgenspredningsmålinger bekræftede, at titaniumpartiklerne interagerede synergistisk med Nafions ionomermatrix.

Protonledningsevnen steg

Ved hjælp af infrarød spektroskopi, de observerede, at der blev dannet kemiske broer mellem sulfonsyregrupperne i de funktionaliserede nanopartikler. Ud over, ved at følge protonbevægelsen langs de ioniske klynger, de fandt øget protonledningsevne i den sammensatte membran, selv ved høje koncentrationer af nanopartikler. "Dette var en rigtig overraskelse, som vi ikke havde forventet, "Dr. Ljiljana Puskar, HZB-forsker ved IRIS-Beamline siger. Reduktionen af ​​ledningsevnen med stigningen af ​​nanopartiklerne er en af ​​de vigtigste forhindringer, der forsinker udviklingen af ​​højtydende kompositmaterialer. Den højere protonledningsevne kunne tillade bedre ladningsbærermobilitet og dermed øge effektiviteten af ​​den direkte ethanolbrændselscelle.

Fordel ved smelteekstrudering

"Denne kompositmembran kan fremstilles ved smelteekstrudering, som ville tillade deres produktion i industriel skala, " påpeger Matos.