Ricercatori del Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) e del Dalian Institute of Chemical Physics, Accademia cinese delle scienze, hanno stabilito con successo un design sintetico universale utilizzando polimeri organici porosi (POP) per gli elettroliti delle celle a combustibile, secondo un articolo caldo a scelta dell'editore pubblicato sulla rivista Frontiere della chimica dei materiali .

Lo sviluppo di nuovi materiali per tecnologie convenienti è urgente e necessario per realizzare una società sostenibile dal punto di vista ambientale. Le celle a combustibile a elettrolita polimerico hanno grandi aspettative per un sistema energetico pulito in grado di supportare la protezione dell'ambiente. Devono essere in grado di dividere una molecola di idrogeno in protoni con carica positiva ed elettroni con carica negativa. Per questo scopo, sono necessari materiali polimerici con elevata conducibilità protonica. Gli elettroni non passano attraverso il materiale, passano solo i protoni, quindi possono essere estratti come elettricità.

La ricerca ha dimostrato semplice, universale, ed economica strategia sintetica per ottenere POP altamente conduttivi protonici come mostrato nello Schema 1. Mostrano un'eccellente conduttività protonica di 10 ^-2 a 10 ^-1 S cm ^-1 .

Nella ricerca finora, c'erano diversi problemi:il metodo sintetico che utilizzava i POP era complicato e lo scheletro era limitato. Al fine di stabilire la strategia sintetica universale per applicazioni pratiche, siamo stati in grado di provare vari scheletri come POP e abbiamo stabilito il metodo sintetico applicabile a quasi tutti i materiali a base aromatica, " dice lo scienziato dei materiali Yuki Nagao di JAIST, che da molti anni si occupa di materiali conduttori di protoni.

I ricercatori hanno diviso le fasi sintetiche in due fasi. Primo, è stato sintetizzato un polimero organico poroso. Secondo, è stata adottata una strategia di post-solfonazione che ha poi introdotto gruppi di acido solfonico attraverso i pori. Il catalizzatore utilizzato durante la sintesi provoca il deterioramento del materiale durante il funzionamento delle celle a combustibile, ma potrebbe anche essere rimosso utilizzando i pori. La notevole conduttività di S-POP-TPM è stata registrata su 2,7 × 10 ^-2 e 1.0 × 10 ^-1 S cm ^-1 sotto 25 e 80 °C al 95% di umidità relativa, rispettivamente.

"I risultati di questo studio indicano che la struttura dei POP solfonati offre un mezzo semplice e universale per evolvere la progettazione strutturale per materiali altamente conduttivi protonici, " spiega Zhongping Li, chi è il primo autore di quest'opera. Il lavoro rappresenta un passo avanti verso una società dell'idrogeno.