Hybridmateriale flytter næste generations transportbrændstofceller tættere på

Protoner er den næste store ting, når det kommer til brændselscelleteknologi. Den subatomære udveksling producerer kraft i en skala, der udfordrer nutidens solid-state brændselscelleteknologi, bruges til at hjælpe med rumfærger. For at realisere den protonbaserede teknologi hurtigere, et internationalt forskerteam har udviklet et hybridmateriale, der effektivt transporterer protoner ved høje temperaturer og fugtighed - to store udfordringer i tidligere forsøg.

Resultaterne blev offentliggjort i ACS -anvendte materialer og grænseflader , et tidsskrift for American Chemical Society.

Holdet, ledet af University of Tokyo i Japan, fokuseret på et materiale kaldet polyoxometalater (POM'er), som de tidligere fremstillede til en komposit med en anden polymer og forbindelser for at hjælpe med at tilvejebringe strukturel stabilitet.

"POM'er er attraktive som byggesten til design og syntese af nye materialer med ønskelige egenskaber og funktioner - de kan effektivt transportere protoner, for eksempel, men kun ved lave temperaturer og i lav luftfugtighed, "sagde papirforfatter Masahiro Sadakane, professor i Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima Universitet. "Desværre, et stort problem, der stadig skulle løses, er, at vores komposit nedbrydes ved højere temperaturer og fugtighed. "

For at løse dette problem, forskerne undersøgte, hvordan man bedre kan indstille kompositmaterialet ved at indkapsle positivt ladede ioner i materialets indre hulrum. Positive ioner, kendt som kationer, hjælpe med at afbalancere negativt ladede ioner, kendt som anioner, at stabilisere ledningsevnen i et materiale.

De besluttede sig for at indarbejde europium, et metallisk element, der er fast ved stuetemperatur, ind i materialet. Europium er særligt attraktivt for vandmolekyler, som bringer ekstern ilt ind i materialet. Protoner bevæger sig gennem systemet ved at tilslutte iltet. Jo mere ilt, jo mere protonledende er processen.

"Vores mål er at producere stabile højt protonledende materialer, "sagde papirforfatter Sayaka Uchida, lektor i Institut for Grundlæggende Videnskab, School of Arts and Sciences, University of Tokyo. "Gennem fin kontrol af komponenterne, vi producerede sådan et materiale. "

Materialet fortsatte med at demonstrere høj protonkonduktivitet ved temperaturer på 368 Kelvin (202,73 grader Fahrenheit) og 50% luftfugtighed. Forskerne planlægger at øge stabiliteten og protonkonduktiviteten yderligere.

"Vi planlægger at øge stabiliteten og protonkonduktiviteten, så dette materiale kan bruges som en elektrolyt i brændselsceller, forbedre deres ydeevne, "Sadakane sagde." Dette arbejde kan give vejledning til design af solid-state protonledere. "