Koordinationspolymerglas giver solid støtte til brintbrændselsceller

Forskere ved Japans Institut for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) leder bestræbelserne på at syntetisere stærkere og effektive materialer til brintbrændselscellemembraner. De fleste brændselsceller på markedet anvender flydende membraner. En ny koordinationspolymer glasmembran, rapporteret i journalen Kemisk Videnskab , fungerer lige så godt som dets flydende modstykker med ekstra styrke og fleksibilitet.

Brintbrændselsceller fodres med brint og ilt for at producere elektricitet, med vand som eneste biprodukt. Disse brændselsceller indeholder 'protonledende membraner', der letter adskillelsen af ​​brints positive og negative partikler, protoner og elektroner, en proces, der i sidste ende fører til produktion af elektricitet.

Protoner skal let bevæge sig hen over disse membraner for at processen er effektiv. Nuværende protonledende membraner er fremstillet af væsker og kan ikke fungere effektivt under tørre forhold, gør deres fremstilling kompliceret og dyr. Forskere leder efter måder at fremstille faste membraner lavet af vandfri elektrolytter, der giver bedre mekanisk og termisk stabilitet end deres flydende modstykker, men er også omkostningseffektive og leder stadig protoner godt.

"Vores koordinationspolymerglas klarede sig bedre end nyligt rapporterede ioniske væsker og krystallinske koordinationspolymerer, " siger Satoshi Horike, en materialeforsker ved Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), der ledede forskningen.

Horike, Tomohiro Ogawa og kolleger i Japan fremstillede deres koordinerende polymerglasmembran ved at blande en 'protisk ionisk væske' med zinkioner. Protiske ioniske væsker er flydende salte fremstillet ved at blande en syre og en base. Holdet brugte en protisk ionisk væske kaldet diethylmethylammoniumdihydrogenphosphat. Tilsætning af zink til denne væske førte til dannelsen af ​​et fast stof, elastisk polymerglas.

Den molekylære struktur af koordinationspolymerglasset lettede bevægelsen af ​​protoner hen over det under tørre forhold ved 120°C. Når de testes i en brintbrændselscelle, det producerede højspænding (0,96 volt), godt inden for rækkevidden af ​​typiske polymerelektrolytmembraner. Dens udgangseffekt lignede også almindeligt anvendte Nafion-membraner.

Ogawa mener, at deres resultater tilbyder en interessant tilgang til brug af glaspolymerer i brændselscelleapplikationer. Holdet planlægger at fortsætte deres arbejde med det formål at opnå brændselscellemembraner med højere ydeevne og langsigtet stabilitet.