Gli scienziati dell'Istituto giapponese per le scienze integrate dei materiali cellulari (iCeMS) stanno conducendo gli sforzi per sintetizzare materiali più resistenti ed efficienti per le membrane delle celle a combustibile a idrogeno. La maggior parte delle celle a combustibile attualmente sul mercato impiega membrane liquide. Una nuova membrana di vetro polimerico di coordinazione, riportato sul giornale Scienze chimiche , funziona altrettanto bene come le sue controparti liquide con maggiore resistenza e flessibilità.

Le celle a combustibile a idrogeno vengono alimentate con idrogeno e ossigeno per produrre elettricità, con l'acqua come unico sottoprodotto. Queste celle a combustibile contengono "membrane conduttrici di protoni" che facilitano la separazione delle particelle positive e negative dell'idrogeno, protoni ed elettroni, un processo che alla fine porta alla produzione di energia elettrica.

I protoni devono muoversi facilmente attraverso queste membrane affinché il processo sia efficiente. Le attuali membrane conduttrici di protoni sono costituite da liquidi e non possono funzionare efficacemente in condizioni asciutte, rendendo la loro fabbricazione complicata e costosa. Gli scienziati sono alla ricerca di modi per fabbricare membrane solide realizzate con elettroliti privi di acqua che forniscano una migliore stabilità meccanica e termica rispetto alle loro controparti liquide, ma sono anche convenienti e conducono ancora bene i protoni.

"Il nostro vetro polimerico di coordinazione ha funzionato meglio dei liquidi ionici e dei polimeri di coordinazione cristallini riportati di recente, "dice Satoshi Horike, uno scienziato dei materiali presso l'Istituto per le scienze integrate dei materiali cellulari (iCeMS) dell'Università di Kyoto che ha guidato la ricerca.

Horike, Tomohiro Ogawa e colleghi in Giappone hanno fabbricato la loro membrana di vetro polimerica di coordinazione mescolando un "liquido ionico protico" con ioni di zinco. I liquidi ionici protici sono sali liquidi ottenuti mescolando un acido e una base. Il team ha utilizzato un liquido ionico protico chiamato dietilmetilammonio diidrogeno fosfato. L'aggiunta di zinco a questo liquido ha portato alla formazione di un solido, vetro polimerico elastico.

La struttura molecolare del vetro polimerico di coordinazione ha facilitato il movimento dei protoni attraverso di esso in condizioni asciutte a 120°C. Quando testato in una cella a combustibile a idrogeno, produceva alta tensione (0,96 volt), ben all'interno della gamma delle tipiche membrane elettrolitiche polimeriche. Anche la sua potenza era simile alle membrane Nafion comunemente usate.

Ogawa ritiene che le loro scoperte offrano un approccio interessante per l'utilizzo dei polimeri di vetro nelle applicazioni delle celle a combustibile. Il team prevede di continuare il proprio lavoro con l'obiettivo di ottenere membrane per celle a combustibile con prestazioni più elevate e stabilità a lungo termine.