I protoni sono la prossima grande novità quando si tratta di tecnologia delle celle a combustibile. Lo scambio subatomico produce energia su una scala che sfida la tecnologia contemporanea delle celle a combustibile a stato solido, utilizzato per aiutare le navette spaziali di alimentazione. Per realizzare prima la tecnologia basata sui protoni, un team internazionale di ricercatori ha sviluppato un materiale ibrido che trasporta efficacemente i protoni ad alte temperature e umidità, due grandi sfide nei tentativi passati.

I risultati sono stati pubblicati in Materiali e interfacce applicati ACS , una rivista dell'American Chemical Society.

Il gruppo, guidato dall'Università di Tokyo in Giappone, focalizzato su un materiale chiamato poliossometallati (POM), che hanno precedentemente fabbricato in un composito con un altro polimero e composti per aiutare a fornire stabilità strutturale.

"I POM sono attraenti come elementi costitutivi per la progettazione e la sintesi di nuovi materiali con proprietà e funzioni desiderabili:possono trasportare protoni in modo efficiente, Per esempio, ma solo a basse temperature e con bassa umidità, " ha detto l'autore della carta Masahiro Sadakane, professore presso la Graduate School of Advanced Science and Engineering, Università di Hiroshima. "Sfortunatamente, un enorme problema rimasto da risolvere è che il nostro composito si è decomposto a temperature e umidità più elevate".

Risolvere questo problema, i ricercatori hanno studiato come mettere a punto meglio il composito incapsulando ioni caricati positivamente nelle cavità interne del materiale. Ioni positivi, conosciuti come cationi, aiuta a bilanciare gli ioni carichi negativamente, noti come anioni, stabilizzare la conduttività in un materiale.

Decisero di incorporare l'europio, un elemento metallico solido a temperatura ambiente, nel materiale. L'europio è particolarmente attraente per le molecole d'acqua, che porta ossigeno esterno nel materiale. I protoni si muovono attraverso il sistema legandosi all'ossigeno. Più ossigeno, più il processo è protonico.

"Il nostro obiettivo è produrre materiali stabili ad alta conduttività protonica, " ha detto l'autore della carta Sayaka Uchida, professore associato presso il Dipartimento di Scienze di Base, Scuola delle Arti e delle Scienze, L'Università di Tokio. "Attraverso un controllo accurato dei componenti, abbiamo prodotto un tale materiale."

Il materiale ha continuato a dimostrare un'elevata conduttività protonica a temperature di 368 Kelvin (202,73 gradi Fahrenheit) e 50% di umidità. I ricercatori hanno in programma di aumentare ulteriormente la stabilità e la conduttività del protone.

"Abbiamo in programma di aumentare la stabilità e la conduttività protonica in modo che questo materiale possa essere utilizzato come elettrolita nelle celle a combustibile, migliorare le proprie prestazioni, "Ha detto Sadakane. "Questo lavoro potrebbe fornire una guida per la progettazione di conduttori di protoni allo stato solido".