Een team van onderzoekers verbonden aan een groot aantal instellingen in China heeft een nieuwe klasse van protonenuitwisselingsmembranen (PEM's) ontwikkeld, samengesteld uit overgangsmetaalfosfor-trichalcogenide-nanobladen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , de groep beschrijft het gebruik van metalen vacatures om de geleidbaarheid in de PEM's te verbeteren. Fengmei Wang en Jun He met het National Center for Nanoscience and Technology, Beijing heeft een Perspective-stuk gepubliceerd in hetzelfde tijdschriftnummer waarin de geschiedenis van het onderzoek naar protonenuitwisselingsmembraan en het werk van het team in deze nieuwe poging wordt geschetst.

PEM's zijn semipermeabele membranen die meestal worden gemaakt met ionomeren. Ze worden geproduceerd als middel voor het geleiden van protonen en fungeren als zowel een elektronische isolator als een reactantbarrière. Typische toepassingen zijn brandstofcellen, chemische filters en sensoren. Een van hun nadelen is dat ze hun geleidbaarheid verliezen bij hoge temperaturen en lage luchtvochtigheid. In deze nieuwe poging de onderzoekers hebben een nieuwe klasse PEM's ontwikkeld die deze beperkingen tot op zekere hoogte overwint.

Momenteel, de meeste functionele PEM's zijn gemaakt van polymeren of van materialen die zijn ingebed in een polymeermatrix. De huidige standaard is de Nafion PEM. Het is gemaakt met behulp van een gesulfoneerd fluorpolymeercopolymeer op basis van tetrafluorethyleen. Net als andere PEM's doet het zijn werk via kanalen die zijn geoptimaliseerd voor het overbrengen van protonen, en net als andere PEM's, poriën moeten worden ingebracht om hydratatie uit te voeren. De onderzoekers met deze nieuwe poging hebben dit ontwerp verbeterd door te beginnen met CdPS ₃ , een gelaagd anorganisch materiaal. Vervolgens verwijderden ze kleine hoeveelheden cadmium om vacatures te creëren, wat resulteerde in een toenemende geleidbaarheid van de protonen. Testen van het nieuwe ontwerp toonde aan dat het een protongeleidingsvermogen heeft van ongeveer 0,95 S/cm in een omgeving van 90°C en 98% RH. De onderzoekers merken op dat het proces ook werkt voor op mangaan gebaseerde membranen - ze testten deze secundaire benadering en ontdekten dat het met succes lithiumionen transporteerde.

De onderzoekers merken op dat hun aanpak de creatie van PEM's mogelijk maakt die niet alleen efficiënter zijn dan de momenteel in gebruik zijnde, maar maken ook de creatie van op PEM gebaseerde producten mogelijk die kunnen worden gebruikt bij toepassingen met hogere temperaturen (tot 90 graden Celsius) en lagere luchtvochtigheid (tot 53% RV).

© 2020 Wetenschap X Netwerk