Uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Tsukuba desenvolveu com sucesso um novo método que pode impedir o cruzamento de grandes moléculas de combustível e suprimir a degradação de eletrodos em tecnologia avançada de células de combustível usando metanol ou ácido fórmico.



A peneiração bem-sucedida das moléculas de combustível é alcançada através de transferências seletivas de prótons devido ao impedimento estérico em folhas de grafeno perfuradas que possuem funcionalização química e atuam como membranas de troca de prótons.

Para alcançar a neutralidade carbónica, a procura pelo desenvolvimento de tecnologia de células de combustível diretas de metanol/ácido fórmico tem aumentado. Nesta tecnologia, o metanol ou ácido fórmico é utilizado como combustível eletrônico para geração de eletricidade.

As células de combustível geram eletricidade através da transferência de prótons; entretanto, as membranas convencionais de troca de prótons sofrem do "fenômeno de cruzamento", onde as moléculas de combustível também são transferidas entre ânodos e cátodos. Depois disso, as moléculas de combustível são oxidadas desnecessariamente e os eletrodos são desativados.

Em um estudo publicado na Advanced Science , os pesquisadores desenvolveram uma nova membrana de troca de prótons composta por folhas de grafeno com furos de 5 a 10 nm de diâmetro, que são quimicamente modificados com grupos funcionais sulfanílicos proporcionando grupos sulfo ao redor dos furos.

Devido ao impedimento estérico dos grupos funcionais, a membrana de grafeno suprime com sucesso o fenômeno de cruzamento, bloqueando a penetração das moléculas de combustível enquanto mantém a alta condutividade de prótons, talvez pela primeira vez, segundo os pesquisadores.

Até o momento, as abordagens convencionais para inibir a migração de moléculas de combustível envolviam um aumento da espessura da membrana ou o sanduíche de materiais bidimensionais, o que por sua vez reduzia a condutividade do próton.

Neste estudo, os pesquisadores investigaram estruturas que inibem a migração de moléculas de combustível através de arrasto eletro-osmótico e impedimento estérico. Consequentemente, eles descobriram que a membrana de grafeno funcionalizada com sulfanílico pode suprimir notavelmente a degradação do eletrodo em comparação com as membranas Nafion disponíveis comercialmente, mantendo a condutividade de prótons necessária para células de combustível.

Além disso, simplesmente colar a membrana de grafeno em uma membrana convencional de troca de prótons pode suprimir o fenômeno de cruzamento. Assim, este estudo contribui para o desenvolvimento de células a combustível avançadas como uma nova alternativa para células a combustível do tipo hidrogênio.

Mais informações: Samuel Jeong et al, Supressão de metanol e cruzamento de formato através de grafeno perfurado funcionalizado com sulfanílico como membranas de troca de prótons, Ciência Avançada (2023). DOI:10.1002/advs.202304082
Informações do diário: Ciência Avançada

Fornecido pela Universidade de Tsukuba