Wetenschappers van het Japanse Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) leiden de inspanningen om sterkere en efficiëntere materialen voor waterstofbrandstofcelmembranen te synthetiseren. De meeste brandstofcellen die momenteel op de markt zijn, maken gebruik van vloeibare membranen. Een nieuw coördinatiepolymeer glasmembraan, gerapporteerd in het journaal Chemische Wetenschappen , werkt net zo goed als zijn vloeibare tegenhangers met extra sterkte en flexibiliteit.

Waterstofbrandstofcellen worden gevoed met waterstof en zuurstof om elektriciteit te produceren, met water als hun enige bijproduct. Deze brandstofcellen bevatten 'protongeleidende membranen' die de scheiding van de positieve en negatieve deeltjes van waterstof vergemakkelijken, protonen en elektronen, een proces dat uiteindelijk leidt tot de productie van elektriciteit.

Protonen moeten gemakkelijk over deze membranen kunnen bewegen om het proces efficiënt te laten verlopen. Huidige protongeleidende membranen zijn gemaakt van vloeistoffen en kunnen niet effectief werken onder droge omstandigheden, maken hun fabricage ingewikkeld en duur. Wetenschappers zoeken naar manieren om vaste membranen te fabriceren die gemaakt zijn van watervrije elektrolyten die een betere mechanische en thermische stabiliteit bieden dan hun vloeibare tegenhangers. maar zijn ook kosteneffectief en geleiden protonen nog steeds goed.

"Ons coördinatiepolymeerglas presteerde beter dan recent gerapporteerde ionische vloeistoffen en kristallijne coördinatiepolymeren, " zegt Satoshi Horike, een materiaalwetenschapper aan het Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) van de Universiteit van Kyoto die het onderzoek leidde.

Horik, Tomohiro Ogawa en collega's in Japan vervaardigden hun coördinatiepolymeer-glasmembraan door een 'protische ionische vloeistof' te mengen met zinkionen. Protische ionische vloeistoffen zijn vloeibare zouten die worden gemaakt door een zuur en een base te mengen. Het team gebruikte een protische ionische vloeistof genaamd diethylmethylammoniumdiwaterstoffosfaat. Het toevoegen van zink aan deze vloeistof leidde tot de vorming van een vaste stof, elastisch polymeer glas.

De moleculaire structuur van het coördinatiepolymeerglas vergemakkelijkte de beweging van protonen erover onder droge omstandigheden bij 120°C. Wanneer getest in een waterstofbrandstofcel, het produceerde hoogspanning (0,96 volt), ruim binnen het bereik van typische polymere elektrolytmembranen. Het uitgangsvermogen was ook vergelijkbaar met de veelgebruikte Nafion-membranen.

Ogawa gelooft dat hun bevindingen een interessante benadering bieden voor het gebruik van glaspolymeren in brandstofceltoepassingen. Het team is van plan hun werk voort te zetten met als doel brandstofcelmembranen te bereiken met hogere prestaties en stabiliteit op de lange termijn.