Protonen zijn het volgende grote ding als het gaat om brandstofceltechnologie. De subatomaire uitwisseling produceert energie op een schaal die de hedendaagse solid-state brandstofceltechnologie uitdaagt, gebruikt om space shuttles aan te drijven. Om de op protonen gebaseerde technologie eerder te realiseren, een internationaal team van onderzoekers heeft een hybride materiaal ontwikkeld dat protonen effectief transporteert bij hoge temperaturen en vochtigheid - twee grote uitdagingen in eerdere pogingen.

De resultaten zijn gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces , een tijdschrift van de American Chemical Society.

Het team, geleid door de Universiteit van Tokio in Japan, gericht op een materiaal genaamd polyoxometalaten (POM's), die ze eerder tot een composiet hebben gefabriceerd met een ander polymeer en verbindingen om structurele stabiliteit te helpen bieden.

"POM's zijn aantrekkelijk als bouwstenen voor het ontwerp en de synthese van nieuwe materialen met gewenste eigenschappen en functies - ze kunnen protonen efficiënt transporteren, bijvoorbeeld, maar alleen bij lage temperaturen en een lage luchtvochtigheid, " zei papier auteur Masahiro Sadakane, hoogleraar aan de Graduate School of Advanced Science and Engineering, Universiteit van Hiroshima. "Helaas, een enorm probleem dat nog moest worden opgelost, is dat ons composiet bij hogere temperaturen en vochtigheid uiteenviel."

Om dit probleem op te lossen, de onderzoekers onderzochten hoe ze het composiet beter konden afstemmen door positief geladen ionen in de interne holtes van het materiaal in te kapselen. Positieve ionen, bekend als kationen, helpen bij het balanceren van negatief geladen ionen, bekend als anionen, geleidbaarheid in een materiaal te stabiliseren.

Ze besloten om europium op te nemen, een metalen element dat vast is bij kamertemperatuur, in het materiaal. Europium is bijzonder aantrekkelijk voor watermoleculen, die externe zuurstof in het materiaal brengt. Protonen bewegen door het systeem door zich aan de zuurstof te hechten. Hoe meer zuurstof, hoe meer protongeleidend het proces is.

"Ons doel is om stabiele, protongeleidende materialen te produceren, " zei papierauteur Sayaka Uchida, universitair hoofddocent bij de vakgroep Basiswetenschappen, School voor Kunsten en Wetenschappen, De Universiteit van Tokio. "Door fijne controle van de componenten, we hebben zo'n materiaal gemaakt."

Het materiaal bleef een hoge protongeleiding vertonen bij temperaturen van 368 Kelvin (202,73 graden Fahrenheit) en 50% vochtigheid. De onderzoekers zijn van plan om de stabiliteit en protongeleiding verder te vergroten.

"We zijn van plan om de stabiliteit en protongeleiding te vergroten, zodat dit materiaal kan worden gebruikt als elektrolyt in brandstofcellen, hun prestaties verbeteren, " Zei Sadakane. "Dit werk zou een leidraad kunnen zijn voor het ontwerp van vaste-stof-protongeleiders."