Un gruppo di ricerca guidato dall'Università di Tsukuba ha sviluppato con successo un nuovo metodo in grado di prevenire l'incrocio di grandi molecole di combustibile e sopprimere la degradazione degli elettrodi nella tecnologia avanzata delle celle a combustibile utilizzando metanolo o acido formico.
Il successo della setacciatura delle molecole di carburante si ottiene tramite trasferimenti selettivi di protoni dovuti all'impedimento sterico su fogli di grafene bucati che hanno funzionalizzazione chimica e agiscono come membrane di scambio protonico.
Per realizzare la neutralità del carbonio, la domanda per lo sviluppo della tecnologia delle celle a combustibile a metanolo/acido formico diretto è in aumento. In questa tecnologia, il metanolo o l'acido formico vengono utilizzati come combustibile elettronico per generare elettricità.
Le celle a combustibile generano elettricità tramite trasferimento di protoni; tuttavia, le membrane convenzionali a scambio protonico soffrono del "fenomeno crossover", in cui anche le molecole di combustibile vengono trasferite tra anodi e catodi. Successivamente, le molecole di carburante vengono ossidate inutilmente e gli elettrodi vengono disattivati.
In uno studio pubblicato su Advanced Science , i ricercatori hanno sviluppato una nuova membrana a scambio protonico comprendente fogli di grafene con fori di 5-10 nm di diametro, modificati chimicamente con gruppi funzionali sulfanilici che forniscono gruppi solfonici attorno ai fori.
A causa dell'ingombro sterico da parte dei gruppi funzionali, la membrana di grafene sopprime con successo il fenomeno del crossover bloccando la penetrazione delle molecole di carburante mantenendo un'elevata conduttività protonica, forse per la prima volta, secondo i ricercatori.
Ad oggi, gli approcci convenzionali per inibire la migrazione delle molecole di combustibile comportavano un aumento dello spessore della membrana o l'inserimento di materiali bidimensionali, che a loro volta riducevano la conduttività protonica.
In questo studio, i ricercatori hanno studiato le strutture che inibiscono la migrazione delle molecole di carburante attraverso la resistenza elettroosmotica e l'impedimento sterico. Di conseguenza, hanno scoperto che la membrana in grafene funzionalizzata sulfanilico può sopprimere notevolmente la degradazione degli elettrodi rispetto alle membrane Nafion disponibili in commercio, pur mantenendo la conduttività protonica richiesta per le celle a combustibile.
Inoltre, semplicemente incollando la membrana di grafene su una membrana a scambio protonico convenzionale è possibile sopprimere il fenomeno del crossover. Pertanto, questo studio contribuisce allo sviluppo di celle a combustibile avanzate come nuova alternativa alle celle a combustibile di tipo idrogeno.
Ulteriori informazioni: Samuel Jeong et al, Soppressione del crossover di metanolo e formiato attraverso il grafene bucato funzionalizzato sulfanilico come membrane di scambio protonico, Scienza avanzata (2023). DOI:10.1002/advs.202304082
Informazioni sul giornale: Scienza avanzata
Fornito dall'Università di Tsukuba
