p Uma equipe de pesquisa colaborativa, incluindo o Laboratório Nacional de Los Alamos, Universidade de Stuttgart (Alemanha), Universidade do Novo México, and Sandia National Laboratories, desenvolveu um condutor de prótons para células a combustível à base de ácidos poliestireno fosfônicos que mantêm a alta condutividade protônica de até 200 graus C sem água. Eles descrevem o avanço do material em um artigo publicado esta semana em Materiais da Natureza . p Hidrogênio produzido a partir de fontes renováveis, nuclear, ou combustíveis fósseis com captura de carbono, utilização, e o armazenamento pode ajudar a descarbonizar as indústrias e fornecer condições ambientais, resiliência energética e flexibilidade em vários setores da economia. Para isso, as células de combustível são uma tecnologia promissora que converte hidrogênio em eletricidade por meio de um processo eletroquímico, emitindo apenas água.

p "Embora a comercialização de veículos elétricos com células de combustível altamente eficientes tenha começado com sucesso, "disse Yu Seung Kim, líder do projeto em Los Alamos, “São necessárias mais inovações tecnológicas para a plataforma de células de combustível de próxima geração evoluindo para aplicações em veículos pesados. Um dos desafios técnicos das células de combustível atuais é a rejeição de calor das reações eletroquímicas exotérmicas das células de combustível.

p "Estávamos lutando para melhorar o desempenho das células a combustível de membrana de alta temperatura depois que desenvolvemos uma membrana coordenada de par de íons em 2016, "disse Kim." Os polímeros de pares de íons são bons para uso de membrana, mas o alto teor de dopantes de ácido fosfórico causou envenenamento do eletrodo e inundação de ácido quando usamos o polímero como um aglutinante de eletrodo. "

p Nas células de combustível atuais, o requisito de rejeição de calor é atendido operando a célula de combustível em uma alta tensão de célula. Para obter um motor eficiente movido a célula de combustível, a temperatura de operação das pilhas de células de combustível deve aumentar pelo menos até a temperatura do líquido de arrefecimento do motor (100 graus C).

p “Acreditamos que polímeros fosfonados seriam uma boa alternativa, mas os materiais anteriores não puderam ser implementados devido à indesejável formação de anidrido nas temperaturas de operação da célula de combustível. Portanto, nos concentramos na preparação de polímeros fosfonados que não sofrem a formação de anidrido. A equipe de Kerres na Universidade de Stuttgart foi capaz de preparar esses materiais introduzindo a porção de flúor no polímero. É empolgante que agora temos membrana e aglutinante ionomérico para células de combustível de alta temperatura, "disse Kim.

p Dez anos atrás, Atanasov e Kerres desenvolveram uma nova síntese para um poli (pentafluorostireno) fosfonado que consistia nas etapas (i) polimerização do pentafluorostireno via polimerização em emulsão radical e (ii) fosfonação deste polímero por uma reação de fosfonação nucleofílica. Surpreendentemente, este polímero mostrou uma boa condutividade de prótons sendo superior a Nafion na faixa de temperatura> 100 graus C, e uma inesperada estabilidade química e térmica excelente de> 300 graus C.

p Atanasov e Kerres compartilharam seu desenvolvimento com Kim em Los Alamos, cuja equipe, por sua vez, desenvolveu células de combustível de alta temperatura para usar com os polímeros fosfonados. Com a integração do conjunto de eletrodo de membrana com a membrana coordenada de par iônico do LANL (Lee et al. Nature Energy, 1, 16120, 2016), as células de combustível empregando o polímero fosfonado exibiram uma excelente densidade de potência (1,13 W cm-2 sob H ₂ / O ₂ condições com> Estabilidade de 500 h a 160 graus C).

p Qual é o próximo? "Alcançando mais de 1 W cm ^-2 a densidade de potência é um marco crítico que nos diz que essa tecnologia pode ir para a comercialização com sucesso ", disse Kim. a tecnologia está sendo comercializada por meio do ARPA-E do Departamento de Energia e do Escritório de Tecnologias de Célula de Hidrogênio e Combustível dentro do Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável (EERE).