Технологии, выходящие за рамки космической эры: гибридный материал приближает транспортные топливные элементы следующего поколения


Протоны — это следующая важная вещь, когда дело доходит до технологии топливных элементов. Субатомный обмен производит энергию в масштабах, которые бросают вызов современной технологии твердотельных топливных элементов, используемых для питания космических кораблей. Чтобы быстрее реализовать протонную технологию, международная группа исследователей разработала гибридный материал, который эффективно переносит протоны при высоких температурах и влажности — две основные проблемы в прошлых попытках.

Результаты были опубликованы 19 апреля в Прикладные материалы и интерфейсы ACS, журнал Американского химического общества.

Команда, возглавляемая Токийским университетом в Японии, сосредоточилась на материале под названием полиоксометаллаты (ПОМ), который они ранее превратили в композит с другим полимером и соединениями, чтобы обеспечить структурную стабильность.

«ПОМ привлекательны в качестве строительных блоков для разработки и синтеза новых материалов с желаемыми свойствами и функциями — например, они могут эффективно переносить протоны, но только при низких температурах и низкой влажности», — сказал автор Масахиро Садакане, профессор кафедры Высшая школа передовых наук и инженерии Хиросимского университета. «К сожалению, предстоит решить огромную проблему, заключающуюся в том, что наш композит разлагается при более высоких температурах и влажности».


Чтобы решить эту проблему, исследователи исследовали, как лучше настроить композит, заключив положительно заряженные ионы во внутренние полости материала. Положительные ионы, известные как катионы, помогают сбалансировать отрицательно заряженные ионы, известные как анионы, для стабилизации проводимости материала.

Они решили включить в материал европий, металлический элемент, твердый при комнатной температуре. Европий особенно привлекателен для молекул воды, которая приносит в материал внешний кислород. Протоны перемещаются по системе, присоединяясь к кислороду. Чем больше кислорода, тем выше протонная проводимость процесса.

«Наша цель — производить стабильные материалы с высокой протонной проводимостью», — сказал автор Саяка Учида, доцент кафедры фундаментальных наук Школы искусств и наук Токийского университета. «Благодаря точному контролю над компонентами мы получили такой материал».

Материал продолжал демонстрировать высокую протонную проводимость при температуре 368 градусов Кельвина (202,73 градуса по Фаренгейту) и влажности 50%. Исследователи планируют еще больше повысить стабильность и протонную проводимость.

«Мы планируем повысить стабильность и протонную проводимость, чтобы этот материал можно было использовать в качестве электролита в топливных элементах, улучшая их характеристики», — сказал Садакане. «Эта работа может служить руководством для проектирования твердотельных протонных проводников».