Celle a combustibile con membrana a scambio anionico (AEMFC), che producono energia elettrica utilizzando l'idrogeno, sono considerate un'alternativa alle celle a combustibile con membrana a scambio protonico attualmente utilizzate. Però, Gli AEM hanno problemi di stabilità in condizioni alcaline, che può essere superato mediante reticolazione. Ma gli effetti della lunghezza del reticolante sulle prestazioni AEMFC non sono ben compresi. Ora, Scienziati coreani hanno chiarito tali effetti per i reticolanti contenenti ossigeno. Utilizzando un reticolante ottimamente lungo, hanno prodotto un nuovo AEMFC con prestazioni maggiori.

In tutto il mondo si stanno compiendo molti sforzi per sostituire i combustibili fossili con alternative più ecologiche. Idrogeno (H ₂ ) è un'opzione promettente attualmente sotto i riflettori; può essere utilizzato per generare elettricità nelle celle a combustibile con l'acqua generata come unico sottoprodotto. Però, la tecnologia non è ancora pronta per la commercializzazione perché le celle a combustibile con membrana a scambio protonico, il tipo più studiato, soffrono di costi elevati e problemi di stabilità.

In contrasto, Le celle a combustibile con membrana a scambio anionico (AEM) utilizzano catalizzatori più economici e possono offrire prestazioni superiori. In queste cellule, ioni idrossido (OH ^- ) vengono fatti circolare al posto dei protoni attraverso l'uso di un elettrolita polimerico composto da uno scheletro polimerico e gruppi conduttori di ioni. Un modo per migliorare le proprietà di tali elettroliti è la reticolazione, legando fisicamente o chimicamente le unità polimeriche tra loro attraverso catene laterali molecolari.

Sebbene i reticolanti contenenti ossigeno migliorino la stabilità e la conduttività ionica degli AEM in virtù della loro idrofilia, o affinità per l'acqua, gli effetti della lunghezza del reticolante, che definisce il numero di atomi di ossigeno, non sono capiti in dettaglio.

Per avere una visione più approfondita di questo problema, gli scienziati della Incheon National University hanno recentemente condotto uno studio in cui hanno preparato lunghi polimeri AEM con gruppi conduttori di ioni ammonio e hanno legato insieme queste molecole utilizzando reticolanti contenenti ossido di etilene di varie lunghezze. Attraverso un'ampia varietà di esperimenti, hanno confrontato gli AEM con diverse lunghezze di reticolanti in termini di proprietà meccaniche e termiche, capacità di ritenzione idrica, OH ^- conducibilità ionica, morfologia e stabilità. I loro risultati sono pubblicati nel Journal of Membrane Science , una delle migliori riviste nel campo della scienza dei polimeri.

Gli esperimenti hanno aiutato gli scienziati a chiarire i meccanismi attraverso i quali una lunghezza eccessiva del reticolante può in definitiva degradare le prestazioni degli AEM. Professor Tae-Hyun Kim, che ha condotto lo studio, spiega:"Sebbene fosse facile prevedere che i reticolanti contenenti ossigeno avrebbero aumentato l'idrofilia e forse avrebbero portato a una migliore conduttività ionica, i nostri risultati rivelano che un numero eccessivamente elevato di unità di ossigeno ripetute aumenta la cristallinità, o il grado di ordine, del materiale risultante. A sua volta, questo riduce effettivamente l'idrofilia e alla fine compromette molte proprietà fisico-chimiche dell'AEM".

Dopo aver stabilito la lunghezza ottimale per il loro reticolante, i ricercatori hanno preparato una cella a combustibile AEM e hanno scoperto che le prestazioni risultanti erano nettamente migliori rispetto a quando si utilizzavano AEM senza reticolanti contenenti ossigeno. Entusiasta dei risultati, Il professor Kim ha detto, "La conclusione principale del nostro studio è che l'aggiunta di molecole con elevata affinità per l'acqua, come l'ossido di etilene, a reticolanti di lunghezza ottimale è una valida strategia per migliorare le proprietà fondamentali degli AEM e le loro prestazioni nelle celle a combustibile reali."

Sebbene ci sia ancora spazio per miglioramenti prima che le celle a combustibile AEM possano essere efficacemente utilizzate nella pratica e commercializzate, questo studio fa un ulteriore passo avanti verso la divulgazione delle fonti energetiche ecocompatibili di nuova generazione.