As células de combustível de hidrogênio oferecem uma fonte atraente de energia contínua para aplicações remotas, de espaçonaves a estações meteorológicas remotas. A eficiência da célula de combustível diminui à medida que a membrana Nafion, usado para separar o ânodo e o cátodo dentro de uma célula de combustível, incha ao interagir com a água.

Uma colaboração russa e australiana mostrou agora que esta membrana separadora de Nafion desenrola parcialmente algumas de suas fibras constituintes, que então se projetam da superfície para a fase aquosa por centenas de mícrons.

A equipe de pesquisa foi liderada por um grupo na Rússia junto com o professor australiano Barry Ninham da Australian National University em Canberra, um dos principais especialistas em ciência de colóides e interface. Seus resultados foram publicados esta semana no The Journal of Chemical Physics .

A equipe de pesquisa começou este projeto para examinar uma hipótese proposta que atribuía um novo estado da água para explicar o inchaço da membrana Nafion. Em vez de, eles são os primeiros a descrever o crescimento de fibras poliméricas que se estendem da superfície da membrana à medida que interage com a água. O número de fibras aumenta em função da concentração de deutério na água.

"Para aumentar nossa compreensão dessas membranas, precisávamos descrever a interação em nível molecular da água deuterada com o polímero, "Bunkin disse." Agora que conhecemos a estrutura da 'zona de exclusão', podemos ajustar a estrutura do Nafion e suas propriedades elétricas estudando as mudanças induzidas por efeitos específicos do íon (Hofmeister) em sua organização e função. "

Nafion é a membrana de troca de prótons de óxido de hidrogênio disponível comercialmente de mais alto desempenho, usada até hoje em células de combustível. Sua natureza porosa permite uma concentração significativa da solução de eletrólito enquanto separa o ânodo do cátodo, que permite o fluxo de elétrons produzindo energia na célula a combustível.

Os pesquisadores descobriram que a membrana é especificamente sensível ao conteúdo de deutério na água ambiente ao desvendar a estrutura da superfície. As fibras de polímero se estendem da membrana para a água. O efeito é mais pronunciado em água com conteúdo de deutério entre 100 e 1, 000 partes por milhão.

Para este estudo, a equipe desenvolveu uma instrumentação a laser especializada (espectroscopia UV fotoluminescente) para caracterizar as fibras poliméricas ao longo da interface membrana-água. Embora as fibras individuais não tenham sido observadas diretamente devido à limitação espacial da instrumentação, a equipe detectou de forma confiável seu crescimento na água.

"A importância deste trabalho pode fornecer uma entrada em algumas áreas muito fundamentais da biologia e produção de energia sobre as quais não tínhamos a menor ideia, "Bunkin disse.