Mais organização no nível molecular poderia melhorar a eficiência das membranas usadas nas células de combustível de hidrogênio que fornecem energia para carros elétricos e outras aplicações industriais, de acordo com uma revisão publicada na revista Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados .

As células a combustível de hidrogênio são os componentes produtores de energia dos carros elétricos. Trabalhar, eles precisam ser capazes de dividir as moléculas de hidrogênio em prótons com carga positiva e elétrons com carga negativa. Um tipo específico de membrana - uma membrana polimérica condutora de prótons - é usada para essa finalidade. Só permite que os prótons passem por ele, enquanto os elétrons são colocados em circuito em torno das membranas para criar a corrente elétrica desejada. Os prótons são então transportados ao longo de um filme fino de 'ionômero' e então para um catalisador eletroquímico onde elétrons e prótons se reúnem.

A pesquisa mostrou que o transporte de prótons através das membranas poliméricas condutoras de prótons mais espessas é melhor do que nas membranas de ionômero mais finas.

Esta segunda parte do processo de transporte de prótons deve ser estudada para melhorar o desempenho da célula de combustível, diz o cientista de materiais Yuki Nagao, do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão, que tem pesquisado filmes condutores de prótons por muitos anos.

Usando tecnologias de ponta, ele e outros estudaram as estruturas moleculares dos filmes de ionômero e descobriram que quanto mais organizados internamente, melhor conduzem prótons.

Alguns filmes de ionômero comumente usados ​​em células a combustível de hidrogênio são feitos com ácido sulfônico perfluorado. Os filmes podem ser colocados em superfícies feitas de substâncias como óxido de silício, óxido de magnésio, ou platina ou ouro pulverizados. Nagao descobriu que a condutividade do próton nesses filmes depende do tipo de superfície e pode afetar o desempenho da célula de combustível.

Moléculas em outro tipo de filme, feito de poliimida alquil sulfonada, torne-se mais organizado com a captação de água. Esta propriedade é o resultado da capacidade do material de entrar na fase de cristal líquido quando o solvente é adicionado.

"O desenvolvimento de uma melhor compreensão dessas propriedades e seus impactos na condução de prótons será importante para esclarecer os mecanismos de condução de prótons, "explica Nagao.

Mais pesquisas são necessárias para entender como controlar a organização molecular através da aplicação de campos magnéticos externos, ao empregar suas propriedades de cristal líquido, ou desenvolvendo redes de ligações de hidrogênio entre cadeias poliméricas dentro das películas finas. Isso pode ajudar a levar a uma variedade de aplicações usando filmes finos de polímero altamente condutores de prótons.