Una maggiore organizzazione a livello molecolare potrebbe migliorare l'efficienza delle membrane utilizzate nelle celle a combustibile a idrogeno che forniscono energia alle auto elettriche e ad altre applicazioni industriali, secondo una recensione pubblicata sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati .

Le celle a combustibile a idrogeno sono i componenti che producono energia delle auto elettriche. Lavorare, devono essere in grado di dividere le molecole di idrogeno in protoni con carica positiva ed elettroni con carica negativa. A questo scopo viene utilizzato un particolare tipo di membrana, una membrana polimerica a conduzione protonica. Permette solo ai protoni di attraversarlo, mentre gli elettroni vengono fatti circolare attorno alle membrane per creare la corrente elettrica desiderata. I protoni vengono quindi trasportati lungo un sottile film di "ionomeri" e quindi in un catalizzatore elettrochimico dove elettroni e protoni si ricongiungono.

La ricerca ha dimostrato che il trasporto di protoni attraverso le membrane polimeriche conduttrici di protoni più spesse è migliore di quanto non lo sia in quelle ionomeriche più sottili.

Questa seconda parte del processo di trasporto del protone deve essere studiata per migliorare le prestazioni delle celle a combustibile, afferma lo scienziato dei materiali Yuki Nagao del Japan Advanced Institute of Science and Technology, che da molti anni si occupa di film a conduzione protonica.

Utilizzando tecnologie all'avanguardia, lui e altri hanno esaminato le strutture molecolari dei film ionomeri e hanno scoperto che più sono organizzati internamente, meglio conducono i protoni.

Alcuni film ionomeri comunemente usati nelle celle a combustibile a idrogeno sono realizzati con acido solfonico perfluorurato. I film possono essere applicati su superfici costituite da sostanze quali ossido di silicio, ossido di magnesio, o platino o oro spruzzati. Nagao ha scoperto che la conduttività del protone in questi film dipende dal tipo di superficie e può influenzare le prestazioni delle celle a combustibile.

Molecole in un altro tipo di film, a base di poliimmide alchil solfonata, diventare più organizzati con l'assorbimento dell'acqua. Questa proprietà è il risultato della capacità del materiale di entrare in una fase di cristalli liquidi quando viene aggiunto il solvente.

"Sviluppare una migliore comprensione di queste proprietà e dei loro impatti sulla conduzione dei protoni sarà importante per chiarire i meccanismi di conduzione dei protoni, " spiega Nagao.

Sono necessarie ulteriori ricerche per capire come controllare l'organizzazione molecolare attraverso l'applicazione di campi magnetici esterni, sfruttando le loro proprietà di cristalli liquidi, o sviluppando reti di legami idrogeno tra catene polimeriche all'interno dei film sottili. Ciò potrebbe aiutare a portare a una varietà di applicazioni utilizzando film sottili di polimeri altamente conduttivi protonici.