grafeen, ondoordringbaar voor alle gassen en vloeistoffen, kan gemakkelijk protonen doorlaten, Onderzoekers van de Universiteit van Manchester hebben ontdekt.

Gepubliceerd in het tijdschrift Natuur , de ontdekking zou een revolutie teweeg kunnen brengen in brandstofcellen en andere op waterstof gebaseerde technologieën, omdat ze een barrière nodig hebben die alleen protonen - waterstofatomen ontdaan van hun elektronen - doorlaat.

In aanvulling, grafeenmembranen kunnen worden gebruikt om waterstofgas uit de atmosfeer te zeven, waar het in minieme hoeveelheden aanwezig is, het creëren van de mogelijkheid van elektrische generatoren aangedreven door de lucht.

Een atoom dik materiaal grafeen, voor het eerst geïsoleerd en onderzocht in 2004 door een team van de Universiteit van Manchester, staat bekend om zijn barrière-eigenschappen, die een aantal toepassingen heeft in toepassingen zoals corrosiebestendige coatings en ondoordringbare verpakkingen.

Bijvoorbeeld, het zou de levensduur van het heelal kosten voor waterstof, de kleinste van alle atomen, om een ​​monolaag van grafeen te doorboren.

Nu testte een groep onder leiding van Sir Andre Geim of protonen ook worden afgestoten door grafeen. Ze verwachtten volledig dat protonen zouden worden geblokkeerd, zoals bestaande theorie voorspelde zo weinig protonpermeatie als voor waterstof.

Ondanks de pessimistische prognose, de onderzoekers ontdekten dat protonen verrassend gemakkelijk door de ultradunne kristallen gaan, vooral bij verhoogde temperaturen en als de films bedekt waren met katalytische nanodeeltjes zoals platina.

De ontdekking maakt monolagen van grafeen, en zijn zustermateriaal boornitride, aantrekkelijk voor mogelijke toepassingen als protongeleidende membranen, die de kern vormen van de moderne brandstofceltechnologie. Brandstofcellen gebruiken zuurstof en waterstof als brandstof en zetten de ingevoerde chemische energie direct om in elektriciteit. Zonder membranen die een exclusieve stroom van protonen toelaten maar andere soorten verhinderen om door te gaan, deze technologie zou niet bestaan.

Ondanks dat het goed ingeburgerd is, brandstofceltechnologie vereist verdere verbeteringen om deze op grotere schaal te kunnen gebruiken. Een van de grootste problemen is een brandstofovergang door de bestaande protonmembranen, wat hun efficiëntie en duurzaamheid vermindert.

Het onderzoek van de Universiteit van Manchester suggereert dat het gebruik van grafeen of monolaag boornitride ervoor kan zorgen dat de bestaande membranen dunner en efficiënter worden, met minder brandstof crossover en vergiftiging. Dit kan het concurrentievermogen van brandstofcellen versterken.

De Manchester-groep toonde ook aan dat hun membranen van één atoom dik kunnen worden gebruikt om waterstof uit een vochtige atmosfeer te extraheren. Ze veronderstellen dat een dergelijke oogst kan worden gecombineerd met brandstofcellen om een ​​mobiele elektrische generator te creëren die eenvoudig wordt aangedreven door waterstof in de lucht.

Marcelo Lozada-Hidalgo, een promovendus en corresponderend auteur van dit artikel, zei:"Als je weet hoe het moet werken, het is een heel eenvoudige opstelling. Je zet een waterstofhoudend gas aan de ene kant, breng een kleine elektrische stroom aan en verzamel aan de andere kant pure waterstof. Deze waterstof kan vervolgens worden verbrand in een brandstofcel.

"We werkten met kleine membranen, en de bereikte waterstofstroom is tot nu toe natuurlijk miniem. Maar dit is de eerste fase van ontdekking, en de paper is bedoeld om experts bewust te maken van de bestaande vooruitzichten. Het bouwen en testen van waterstofoogstmachines zal nog veel meer inspanning vergen."

Dr. Sheng Hu, een postdoctoraal onderzoeker en de eerste auteur van dit werk, toegevoegd:"Het ziet er buitengewoon eenvoudig en even veelbelovend uit. Omdat grafeen tegenwoordig kan worden geproduceerd in platen van vierkante meter, we hopen dat het eerder vroeger dan later zijn weg naar commerciële brandstofcellen zal vinden".