Células a combustível de membrana de troca aniônica (AEMFCs), que produzem eletricidade usando hidrogênio, são consideradas uma alternativa às células a combustível de membrana de troca de prótons usadas atualmente. Contudo, Os AEMs têm problemas com estabilidade em condições alcalinas, que pode ser superado por reticulação. Mas os efeitos do comprimento do reticulador no desempenho de AEMFC não são bem compreendidos. Agora, Cientistas coreanos elucidaram tais efeitos para reticuladores contendo oxigênio. Usando um reticulador idealmente longo, eles produziram um romance AEMFC com melhor desempenho.

Muitos esforços estão sendo feitos em todo o mundo para substituir os combustíveis fósseis por alternativas mais verdes. Hidrogênio (H ₂ ) é uma opção promissora que está atualmente em destaque; pode ser usado para gerar eletricidade em células de combustível com a água gerada como único subproduto. Contudo, a tecnologia não está totalmente pronta para comercialização porque as células a combustível de membrana de troca de prótons, o tipo mais amplamente estudado, sofrem de problemas de alto custo e estabilidade.

Em contraste, As células a combustível de membrana de troca aniônica (AEM) usam catalisadores mais baratos e podem oferecer desempenho superior. Nessas células, íons hidróxido (OH ^- ) circulam em vez de prótons por meio do uso de um eletrólito de polímero composto por um esqueleto de polímero e grupos condutores de íons. Uma maneira de melhorar as propriedades de tais eletrólitos é pela reticulação - ligando física ou quimicamente unidades de polímero umas às outras por meio de cadeias laterais moleculares.

Embora os reticuladores contendo oxigênio melhorem a estabilidade e a condutividade iônica de AEMs em virtude de sua hidrofilicidade, ou afinidade pela água, os efeitos do comprimento do reticulador, que define o número de átomos de oxigênio, não são compreendidos em detalhes.

Para obter uma visão mais aprofundada sobre este problema, Cientistas da Universidade Nacional de Incheon recentemente realizaram um estudo onde prepararam longos polímeros AEM com grupos condutores de íons de amônio e uniram essas moléculas usando reticuladores contendo óxido de etileno de vários comprimentos. Por meio de uma ampla variedade de experimentos, eles compararam AEMs com diferentes comprimentos de reticulador em termos de suas propriedades mecânicas e térmicas, capacidade de retenção de água, OH ^- condutividade iônica, morfologia e estabilidade. Suas descobertas são publicadas no Journal of Membrane Science , um dos principais periódicos no campo da ciência do polímero.

Os experimentos ajudaram os cientistas a elucidar os mecanismos pelos quais o comprimento excessivo do reticulador pode degradar o desempenho dos AEMs. Professor Tae-Hyun Kim, quem liderou o estudo, explica:"Embora fosse fácil prever que os reticuladores contendo oxigênio aumentariam a hidrofilia e possivelmente levariam a uma melhor condutividade iônica, nossos resultados revelam que um número excessivamente grande de unidades de oxigênio repetidas aumenta a cristalinidade - ou grau de ordem - do material resultante. Por sua vez, isso realmente reduz a hidrofilicidade e, em última análise, compromete muitas propriedades físico-químicas do AEM. "

Depois de estabelecer o comprimento ideal para seu reticulador, os pesquisadores prepararam uma célula de combustível AEM e descobriram que o desempenho resultante era notavelmente melhor do que ao usar AEMs sem reticuladores contendo oxigênio. Animado com os resultados, Professor Kim disse, "A principal conclusão do nosso estudo é que adicionar moléculas com alta afinidade com a água, como óxido de etileno, para reticuladores de comprimento ideal é uma estratégia válida para melhorar as propriedades fundamentais dos AEMs e seu desempenho em células de combustível reais. "

Embora ainda haja espaço para melhorias antes que as células de combustível AEM possam ser efetivamente usadas na prática e comercializadas, este estudo dá mais um passo em direção à popularização de fontes de energia ecologicamente corretas de próxima geração.