Un team di ricercatori affiliati a una serie di istituzioni in Cina ha sviluppato una nuova classe di membrane a scambio protonico (PEM) assemblate da nanofogli di tricalcogenuro di fosforo di metallo di transizione. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il gruppo descrive l'utilizzo di posti vacanti in metallo per migliorare la conduttività nei PEM. Fengmei Wang e Jun He con il National Center for Nanoscience and Technology, Pechino ha pubblicato un pezzo di Prospettiva nello stesso numero della rivista che delinea la storia della ricerca sulle membrane a scambio protonico e il lavoro svolto dal team in questo nuovo sforzo.

Le PEM sono membrane semipermeabili che sono spesso realizzate utilizzando ionomeri. Sono prodotti come mezzo per condurre i protoni mentre agiscono sia come isolante elettronico che come barriera di reagenti. Le applicazioni tipiche includono celle a combustibile, filtri chimici e sensori. Uno dei loro svantaggi è che perdono la loro conduttività a temperature elevate e bassa umidità. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno sviluppato una nuova classe di PEM che supera in una certa misura queste limitazioni.

Attualmente, la maggior parte dei PEM funzionali è costituita da polimeri o da materiali che sono stati incorporati in una matrice polimerica. Lo standard attuale è il Nafion PEM. È realizzato utilizzando un fluoropolimerocopolimero a base di tetrafluoroetilene solfonato. Come altri PEM, svolge il suo lavoro tramite canali ottimizzati per il trasferimento di protoni, e come altri PEM, i pori devono essere introdotti per effettuare l'idratazione. I ricercatori con questo nuovo sforzo hanno migliorato questo design iniziando con CdPS ₃ , un materiale inorganico stratificato. Hanno quindi rimosso piccole quantità di cadmio per creare posti vacanti che hanno determinato un aumento della conduttività dei protoni. I test del nuovo design hanno mostrato che ha una conduttività protonica di circa 0,95 S/cm in un ambiente a 90°C e 98% di umidità relativa. I ricercatori fanno notare che il processo funziona anche per le membrane a base di manganese:hanno testato questo approccio secondario e hanno scoperto che trasportava con successo gli ioni di litio.

I ricercatori osservano che il loro approccio consente la creazione di PEM che non solo sono più efficienti di quelli attualmente in uso, ma consentono anche la creazione di prodotti a base di PEM che possono essere utilizzati in applicazioni a temperatura più elevata (fino a 90 gradi Celsius) e umidità inferiore (fino al 53% di umidità relativa).

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