Investimentos renovados em tecnologias e infraestrutura de células de combustível de hidrogênio por empresas como a Amazon; nações como a China; e montadoras como a Toyota, Honda, e Hyundai, estão gerando vendas e um novo interesse nas vastas possibilidades das células a combustível de eletrólito polimérico. O novo interesse pode revolucionar o transporte e encher as ruas de veículos cujo único efluente é o vapor d'água.

Mas aquela visão de limpo, carros e caminhões verdes são frustrados pela necessidade não apenas de investimentos massivos em infraestrutura, mas para processos mais eficientes nas próprias células. Inovações que reduzem o custo de produção - o que significa menor preço de etiqueta - e que abrem a porta para mais segmentos de veículos, incluindo carros de alto desempenho, pode levar a uma maior adoção.

Uma equipe de pesquisadores da NYU Tandon School of Engineering, liderado por Miguel Modestino, professor de engenharia química e biomolecular, e o Lawrence Berkeley National Laboratory criou um novo material polimérico com potencial para resolver ambos os problemas.

A pesquisa, "Ionômeros de ácido sulfônico perfluorado altamente permeáveis ​​para dispositivos eletroquímicos aprimorados:percepções sobre as relações de estrutura-propriedade, "publicado no Jornal da American Chemical Society , concentra-se em um material híbrido que fornece grandes quantidades de oxigênio da atmosfera para os locais de reação do eletrodo da célula - gerando mais energia - enquanto reduz a quantidade de materiais caros como a platina necessária nas células de combustível, potencialmente resolvendo um grande desafio da indústria.

As células de combustível de hidrogênio compreendem um ânodo e um cátodo, com uma membrana eletrolítica entre eles. A eletricidade é produzida em um processo pelo qual o hidrogênio reage no ânodo e o oxigênio atmosférico no cátodo. No último site, os prótons se combinam com o oxigênio para produzir eletricidade e água. Polímeros condutores de íons (ionômeros) são usados ​​para levar os prótons aos locais de reação onde o oxigênio do ar precisa permear através deles para conduzir a reação de geração de eletricidade.

Atual, ionômeros disponíveis comercialmente são polímeros de ácido sulfônico perfluorado (PFSA) que compreendem uma cadeia principal linear composta de matriz de politetrafluoroetileno (PTFE), e grupos de ácido sulfônico pendentes ligados ao backbone de PTFE que conferem condutividade iônica. Embora esta combinação complexa, molecularmente semelhante ao Teflon, confere alta resistência mecânica, pesquisas mostram que ele sofre de baixa permeabilidade ao oxigênio, levando a células de combustível de perdas significativas de energia.

Os pesquisadores, incluindo Yoshi Okamoto, professor de engenharia química e diretor do Polymer Research Institute da NYU Tandon, e Ph.D. estudante Adlai Katzenberg, que fez a pesquisa como parte de uma bolsa do Departamento de Energia dos EUA - resolveu vários problemas de uma vez trocando as cadeias lineares de polímero PTFE por uma volumosa cadeia fluorada, que adicionou mais volume livre à matriz, aumentando amplamente sua capacidade de transportar oxigênio em células de combustível.

Modestino explica que o material híbrido é composto por um polímero condutor de íons e uma matriz altamente permeável. "Criamos um novo copolímero - dois componentes ligados. Uma parte conduz íons, e o outro é altamente permeável ao oxigênio, "ele diz." Okamoto tem trabalhado em polímeros altamente permeáveis ​​para processos de separação de gases. Quando eu entrei na NYU Tandon, percebemos que os polímeros que ele desenvolveu poderiam ser adaptados para melhorar as células de combustível. "