Protonmembraner samlet af 2-D lagdelte phosphor nanoark

Et team af forskere tilknyttet et væld af institutioner i Kina har udviklet en ny klasse af protonudvekslingsmembraner (PEM'er), der er samlet af overgangsmetal-phosphor-trichalcogenid-nanoark. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , gruppen beskriver brugen af ​​ledige metaller til at forbedre ledningsevnen i PEM'erne. Fengmei Wang og Jun He med National Center for Nanoscience and Technology, Beijing har udgivet et Perspective-stykke i samme tidsskriftsudgave, der beskriver historien om protonudvekslingsmembranforskning og det arbejde, som teamet har udført i denne nye indsats.

PEM'er er semipermeable membraner, der oftest fremstilles ved hjælp af ionomerer. De er produceret som et middel til at lede protoner, mens de fungerer som både en elektronisk isolator og en reaktantbarriere. Typiske anvendelser omfatter brændselsceller, kemiske filtre og sensorer. En af deres ulemper er, at de mister deres ledningsevne ved høje temperaturer og lav luftfugtighed. I denne nye indsats, forskerne har udviklet en ny klasse af PEM'er, der til en vis grad overvinder disse begrænsninger.

I øjeblikket, de fleste funktionelle PEM'er er lavet af polymerer eller af materialer, der er blevet indlejret i en polymermatrix. Den nuværende standard er Nafion PEM. Den er fremstillet ved hjælp af en sulfoneret tetrafluorethylen-baseret fluorpolymercopolymer. Ligesom andre PEM'er udfører den sit arbejde via kanaler, der er blevet optimeret til at overføre protoner, og ligesom andre PEM'er, porer skal indføres for at udføre hydrering. Forskerne med denne nye indsats har forbedret dette design ved at starte med CdPS ₃ , et lagdelt uorganisk materiale. De fjernede derefter små mængder cadmium for at skabe ledige pladser, hvilket resulterede i øget ledningsevne af protonerne. Test af det nye design viste, at det havde en protonledningsevne på ca. 0,95 S/cm i et miljø på 90°C og 98 % RH. Forskerne bemærker, at processen også virker for mangan-baserede membraner - de testede denne sekundære tilgang og fandt ud af, at den med succes transporterede lithiumioner.

Forskerne bemærker, at deres tilgang giver mulighed for at skabe PEM'er, der ikke kun er mere effektive end dem, der i øjeblikket er i brug, men giver også mulighed for at skabe PEM-baserede produkter, der kan bruges i applikationer med højere temperatur (op til 90 grader Celsius) og lavere luftfugtighed (ned til 53 % relativ luftfugtighed).

© 2020 Science X Network