Et enkelt og universelt design til brændselscelleelektrolyt

Forskere ved Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) og Dalian Institute of Chemical Physics, det kinesiske videnskabsakademi, har med succes etableret et universelt syntetisk design ved hjælp af porøse organiske polymerer (POP'er) til brændselscelleelektrolytter, ifølge en redaktør's choice hot artikel offentliggjort i tidsskriftet Materiale Kemi grænser .

Udvikling af nye materialer til omkostningseffektive teknologier er presserende og nødvendig for at skabe et miljømæssigt bæredygtigt samfund. Polymerelektrolytbrændselsceller har høje forventninger til et rent energisystem, der kan understøtte miljøbeskyttelse. De skal kunne opdele et brintmolekyle i positivt ladede protoner og negativt ladede elektroner. Til dette formål, polymere materialer med høj protonledningsevne er nødvendige. Elektroner passerer ikke gennem materialet, kun protoner passerer igennem, så de kan udvindes som elektricitet.

Forskning har vist simpelt, universel, og omkostningseffektiv syntetisk strategi til opnåelse af stærkt protonledende POP'er som vist i skema 1. De viser fremragende protonledningsevne på 10 ^-2 til 10 ^-1 S cm ^-1 .

I forskningen indtil videre, der var flere problemer - den syntetiske metode med POP'er var kompliceret, og skelettet var begrænset. For at etablere den syntetiske strategi, der er universel for praktiske anvendelser, vi var i stand til at prøve forskellige skeletter som POP'er og etablerede den syntetiske metode, der gælder for næsten alle aromatiske materialer, " siger materialeforsker Yuki Nagao fra JAIST, som har forsket i protonledende materialer i mange år.

Forskerne delte de syntetiske trin op i to trin. Først, en porøs organisk polymer blev syntetiseret. Sekund, en post-sulfoneringsstrategi blev vedtaget, som derefter introducerede sulfonsyregrupper gennem porerne. Katalysatoren, der anvendes under syntesen, forårsager forringelse af materialet under brændselscelledrift, men det kunne også fjernes ved at bruge porerne. Den bemærkelsesværdige ledningsevne af S-POP-TPM blev registreret på 2,7 × 10 ^-2 og 1,0 × 10 ^-1 S cm ^-1 under 25 og 80 °C ved 95 % RH, henholdsvis.

"Resultater af denne undersøgelse indikerer, at strukturen af ​​sulfonerede POP'er tilbyder et enkelt og universelt middel til at udvikle strukturelt design for stærkt protonledende materialer, " forklarer Zhongping Li, hvem er den første forfatter til dette værk. Arbejdet repræsenterer et skridt fremad mod et brintsamfund.