Een NIMS-onderzoeksgroep onder leiding van hoofdonderzoeker Renzhi Ma en directeur Takayoshi Sasaki van het International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) ontdekte dat gelaagde dubbele hydroxide (LDH) nanosheets een uitzonderlijk hoog hydroxylion (OH) hebben. ^- ) geleidbaarheid (zo hoog als 10 ^-1 S/cm). Deze OH ^- geleidbaarheid is 10 tot 100 keer hoger dan die van conventionele OH ^- geleiders, en is de hoogste, zelfs onder anorganische aniongeleiders. LDH-nanobladen kunnen worden toegepast als vaste elektrolyten voor alkalische brandstofcellen en waterelektrolysers, onder andere apparaten.

Bij brandstofcellen, die de aandacht trekken als een technologie voor het omzetten van schone energie, waterstofion (H ⁺ ) geleiders (bijv. Nafion) worden meestal als elektrolyten gebruikt. Echter, het gebruik van H ⁺ geleiders vereisen vrijwel het gebruik van op platina gebaseerde katalysatoren, omdat H ⁺ creëert een zeer zure werkomgeving. Het is mogelijk om OH . te gebruiken ^- in plaats van H ⁺ als het geleidende ion. Wanneer OH ^- is gebruikt, de werkomgeving is alkalisch, waardoor het gebruik van andere goedkopere overgangsmetaalelementen, zoals Fe, Co en Ni, als katalysatoren, productiekosten verlagen. Het grote probleem met deze aanpak, echter, is dat de geleidbaarheid van OH ^- in bestaande OH ^- geleiders is laag (10 ^-3 tot 10 ^-2 S/cm). Er is veel vraag geweest naar de ontwikkeling van praktische geleidermaterialen met een ionische geleidbaarheid van ongeveer 10 ^-1 S/cm, wat vergelijkbaar is met de geleidbaarheid van H ⁺ geleiders.

In dit onderzoek, de onderzoeksgroep exfolieerde LDH's in enkele lagen in chemische reacties, en de ionische geleidbaarheid van de resulterende enkellaagse nanosheets gemeten. De nanosheets vertoonden zeer hoge geleidbaarheid, tot 10 ^-1 S/cm, bij ongeveer kamertemperatuur. De hoge geleidbaarheid kan als volgt worden verklaard. Een grote hoeveelheid vocht adsorbeert op het oppervlak van enkellaagse nanosheets, OH . promoten ^- vrij bewegen over het oppervlak, waardoor de ionentransporteigenschappen van de nanosheets drastisch worden verbeterd. De geleidbaarheid die in deze studie wordt bereikt, is hoger dan die van elke andere OH ^- dirigent eerder gemeld. In aanvulling, geleidbaarheid in een richting evenwijdig aan het oppervlak van de nanosheet (richting in het vlak) was vier tot vijf ordes van grootte hoger dan geleidbaarheid in een richting loodrecht op het oppervlak (richting dwars in het vlak). Daarom, de waargenomen hoge geleidbaarheid kan worden toegeschreven aan de uiteindelijke tweedimensionale nanostructuur van de platen.

De bevindingen van deze studie kunnen een belangrijke stap zijn in de richting van de realisatie van vaste brandstofcellen aangedreven door OH ^- , waar al jaren naar wordt uitgekeken. Om de superieure ionische geleidbaarheid in het vlak die in dit onderzoek is geïdentificeerd, toe te passen op vaste elektrolytlagen voor brandstofcellen en waterelektrolysers, het zal van vitaal belang zijn om apparaatstructuren te ontwerpen die in staat zijn om genoemde geleidbaarheid volledig te benutten.

Een deel van dit onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met een project getiteld "Function tuning by through morphology and structure control of low-dimensional hydroxide nanostructures, " gefinancierd door de MEXT Grants-in-Aid voor Wetenschappelijk Onderzoek (B).