Uma das tecnologias de energia limpa mais promissoras acaba de ficar ainda melhor. Pesquisadores da Universidade de Delaware desenvolveram o mais poderoso, componentes de célula de combustível de membrana de troca de hidróxido duráveis ​​registrados, que eles descreveram recentemente no jornal Nature Energy . O ingrediente principal? Membranas feitas de polímeros de poli (aril piperidínio).

As células de combustível funcionam convertendo energia química em eletricidade, e são uma fonte promissora de energia para veículos ecológicos. Alguns veículos de célula de combustível já existem no mercado, incluindo o Toyota Mirai, o Honda Clarity e o Hyundai Nexo, e mais carros com células de combustível estão em desenvolvimento em todo o mundo. As células de combustível em automóveis exigem o uso de um material catalisador caro, geralmente platina, para acelerar as reações químicas internas. Estes são chamados de células de combustível de troca de membrana de prótons, e eles contêm membranas feitas de um material polimérico fluorado.

Por quase duas décadas, Yushan Yan, Distinto Professor de Engenharia de Engenharia Química e Biomolecular, tem trabalhado para desenvolver células de combustível que não requerem catalisadores de platina e, em vez disso, empregam metais mais baratos, como prata ou níquel. Essas células de combustível contêm membranas de troca de hidróxido, que mudam o ambiente dentro das células de combustível de ácido - o padrão atual - para alcalino. A membrana da célula a combustível é o que determina o pH interno.

"Podemos fazer componentes muito mais baratos trocando as células a combustível de membrana de troca de prótons por células a combustível de membrana de troca de hidróxido, "disse Yan. Para fazer essas membranas, Yan está em uma busca para desenvolver o ideal, materiais escaláveis. Para este projeto, Yan recrutou a experiência de outro especialista em eletroquímica da UD - Bingjun Xu, professor assistente de engenharia química e biomolecular.

Os polímeros de troca de hidróxido consistem em uma longa cadeia, ou backbone, e uma cadeia lateral com um íon carregado positivamente, ou cátion. No trabalho anterior de Yan, as cadeias laterais usadas em membranas de troca de hidróxido continham cátions positivos muito grandes, o que os tornava estáveis, mas prejudicava sua condutividade. O material de base, por outro lado, era barato, mas não suficientemente estável.

"A questão era:como criar um novo polímero que seja estável tanto para o cátion orgânico quanto para a espinha dorsal ao mesmo tempo, com um pequeno cátion? "disse Yan.

Usando polímeros de poli (aril piperidínio), a equipe desenvolveu membranas de troca de hidróxido e ionômeros com propriedades favoráveis, incluindo boa condutividade de íons, estabilidade química, robustez mecânica, separação de gases e solubilidade seletiva. Quando a equipe testou esses materiais em um sistema com apenas uma pequena quantidade de platina, as células de combustível alimentadas com ar tinham uma densidade de potência de pico de 920 miliwatts por centímetro quadrado e operavam de maneira estável a uma densidade de corrente de 500 miliamperes por centímetro quadrado por 300 horas no ar a 95 graus Celsius.

Estas são as melhores estatísticas de potência e estabilidade para uma membrana de troca de hidróxido acima de 90 graus Celsius e o mais próximo que alguém chegou das 5.000 horas de operação que seriam necessárias para usar essa tecnologia em um carro.

A equipe desenvolveu uma família de polímeros, tornando esta tecnologia versátil. "Existem muitos botões que podemos girar para fornecer propriedades diferentes, "disse Yan." Esta é uma tecnologia de plataforma. "

O primeiro autor do artigo é o pesquisador associado Junhua Wang, que trabalha neste projeto desde 2011. "Para que esta descoberta seja feita, ele tinha que ser muito paciente, "disse Yan." Ele é um cientista maravilhoso, muito criativo e diligente. "