Shkencëtarët zhvillojnë membranën e qelizave të karburantit të gjeneratës tjetër me përçueshmëri të pakrahasueshme

Studiuesit në Universitetin Nagoya në Japoni, në kuadër të një projekti të porositur nga Organizata e Zhvillimit të Teknologjisë së Re të Energjisë dhe Industriale (NEDO), kanë krijuar PEM me bazë poli(stirensulfonik) me një densitet të lartë të grupeve të acidit sulfonik.

Një element thelbësor në qelizat e karburantit të elektrolitit polimer miqësor ndaj mjedisit është një membranë e elektrolitit polimer (PEM), e cila prodhon energji elektrike përmes ndërveprimit të hidrogjenit dhe gazrave të oksigjenit. Aplikimet praktike të qelizave të karburantit përfshijnë automjetet me qeliza karburanti (FCV) dhe sistemet e kombinuara të nxehtësisë dhe energjisë me qeliza karburanti (CHP).

PEM më i njohur është një membranë e bazuar në një polimer të acidit perfluorosulfonik, siç është Nafion, i cili u zhvillua nga DuPont në vitet 1960. Ka një përçueshmëri të mirë të protonit prej 0,1 S/cm në 70-90 °C në kushte të lagështuara. Në këto kushte, protonet mund të çlirohen nga grupet e acidit sulfonik.

Përçimi i protonit në membrana të tilla zakonisht varet nga mekanizmi i transportit të protonit midis protoneve, grupeve të acidit sulfonik dhe molekulave të ujit.

Në mënyrë tipike, sa më i lartë të jetë densiteti i grupeve të acidit sulfonik në membranë, aq më i lartë është densiteti i protoneve që mund të çlirohen nga grupet e acidit sulfonik; prandaj, densiteti më i lartë i grupeve të acidit sulfonik zakonisht rezulton në përçueshmëri më të lartë të protonit.

Megjithatë, duke përdorur një proces konvencional të sintezës, është e vështirë të sintetizohen PEM me një densitet të lartë të grupeve të acidit sulfonik. Për shembull, për të rritur densitetin e grupeve të acidit sulfonik në një PEM të bazuar në poli(stirensulfonik), reaksioni i sulfonimit duhet të kryhet gjatë orëve të gjata ose në kushte të rënda. Zakonisht përdor substanca shumë oksiduese, të tilla si acidi sulfurik dhe acidi klorosulfonik.

Fatkeqësisht, kjo çon në reaksione anësore të padëshiruara, të tilla si ndarja e zinxhirëve të shtyllës kurrizore të polimerit. Prandaj, për të shmangur reaksionet anësore të padëshiruara gjatë sintezës së polimerit, PEM-të e disponueshme në treg zakonisht sintetizohen për të pasur një densitet të ulët të grupeve të acidit sulfonik.

Për PEM-të me bazë Nafion ose poli(stirensulfonik) të disponueshëm në treg, si p.sh. Selemion nga AGC, kapaciteti i shkëmbimit të joneve (IEC), një indeks i densitetit të grupeve të acidit, është zakonisht më pak se 1.0 meq./g.

Në punim, Atsushi Noro dhe kolegët në Shkollën Diplomuar të Inxhinierisë, Universiteti Nagoya dhe nga Instituti i Inovacionit për Shoqërinë e Ardhshme gjithashtu Universiteti Nagoya, kanë zhvilluar PEM me bazë poli (acid stirensulfonik) me një densitet tepër të lartë të grupeve të acidit sulfonik.

IEC i PEM ishte 5.0 mequiv./g. Kjo është pesë herë më e lartë se IEC e PEM-ve tipike të disponueshme komerciale si Nafion ose Selemion. Përçueshmëria e tij e protonit në 80°C nën 90% RH (një kusht i zakonshëm operimi për qelizat e karburantit të elektrolitit polimer) ishte 0,93 S/cm. Kjo është gjashtë herë më e lartë se përçueshmëria e Nafion (0,15 S/cm) ose Selemion (0,091 S/cm) në të njëjtat kushte matjeje.

Qelizat e ardhshme të karburantit duhet të operohen në kushte më të rënda funksionimi, si temperaturat më të larta dhe lagështia më e ulët.

Ky studim do të kontribuojë në sintezën dhe zhvillimin e PEM-ve të gjeneratës së ardhshme me performancë më të lartë që shfaqin një përçueshmëri të mirë prej 0,1 S/cm ose më të lartë në kushte të tilla të rënda. Studimi do të kontribuojë gjithashtu në qëllimin për të arritur një shoqëri me karbon neto zero.