Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойХимияРеволюция в водородных топливных элементах: новые ионные материалы значительно повышают эффективность

Революция в водородных топливных элементах: новые ионные материалы значительно повышают эффективность

- Advertisement -

Исследователи добились прорыва в технологии водородных топливных элементов, разработав материалы с твердым электролитом с использованием металлоорганических каркасов (MOF). Такой подход значительно улучшает проводимость ионов водорода. Инновационное использование командой гостей молекул с низкой кислотностью в MOF привело к созданию материалов с высокой проводимостью и долговечностью. Это достижение обещает повысить эффективность водородных топливных элементов, способствуя созданию устойчивых энергетических решений.

Группа ученых, связанных с UNIST, добилась значительного прорыва в повышении эффективности водородных топливных элементов, которые привлекают значительное внимание как экологически чистые источники энергии следующего поколения.

Под руководством профессора Мён Су Ла из химического факультета UNIST команда успешно разработала твердые электролитные материалы с использованием металлоорганических каркасов (Минфины). Этот инновационный подход значительно повышает проводимость ионов водорода в твердом электролите, используемом в водородных топливных элементах. Кроме того, исследовательская группа представила гостевые молекулы с низкой кислотностью, что стало новаторским достижением среди посредников, используемых для этой цели. Применяя новую методологию, которая увеличивает количество гостевых молекул внутри пор MOF, они добились улучшения проводимости ионов водорода.

Водородные топливные элементы и текущие ограничения

Водородные топливные элементы — это высокоэффективные и экологически чистые устройства для производства электроэнергии, которые напрямую преобразуют химическую энергию, полученную в результате реакций между водородом и кислородом, в электрическую энергию. В настоящее время в топливных элементах с протонообменной мембраной в качестве электролитного материала преимущественно используется нафион из-за его термической, механической и химической стабильности, а также высокой проводимости ионов водорода. Однако эти системы сталкиваются с ограничениями, касающимися диапазона рабочих температур, и отсутствует ясность в отношении механизмов повышения производительности.

Исследовательская группа обратила свое внимание на МФ как на потенциальную альтернативу. MOF — это материалы, состоящие из металлических кластеров, соединенных между собой органическими лигандами, образующими пористую структуру. Обладая превосходными свойствами химической и термической стабильности, MOF в последнее время вызвали значительный интерес к использованию в топливных элементах. Более того, при создании MOF обладают порами разного размера, которые можно использовать для разработки материалов с высокой проводимостью ионов водорода путем введения гостевых молекул через эти каналы.

Новаторская методология и результаты

В этом исследовании, проведенном исследовательской группой UNIST под руководством членов группы профессора Мён Су Ла, цвиттерионная сульфаминовая кислота кислота— низкокислотное амфотерное ионное вещество, обладающее как положительными, так и отрицательными зарядами, — было введено в качестве гостевых молекул в два типа MOF, а именно MOF-808 и MIL-101. Сульфаминовая кислота, молекула-гость с исключительными способностями к образованию водородных связей в различных формах, эффективно действует как среда для переноса ионов водорода. Увеличив количество сульфаминовой кислоты в порах MOF, команда успешно разработала материалы, демонстрирующие высокую проводимость ионов водорода (достигая уровня 10-1 Смм-1 или выше). Более того, эти материалы продемонстрировали замечательную долговечность, поскольку они сохраняли проводимость ионов водорода в течение длительного периода времени.

Результаты исследования открывают огромные перспективы для повышения эффективности и производительности водородных топливных элементов за счет использования металлоорганических каркасов. Этот прорыв способствует ускорению прогресса на пути к устойчивым энергетическим решениям в соответствии с глобальными усилиями по декарбонизации.

Ссылка: «Суперпротонная проводимость MOF, удерживающих цвиттерионную сульфаминовую кислоту в качестве источника протонов и проводящей среды», авторы Амитош Шарма, Джэун Лим, Сонхван Ли, Сынван Хан, Чунмо Сон, Сын Бин Пэк и Мён Су Ла, 9 мая 2023 г., Angewandte Chemie, международное издание.
DOI: 10.1002/anie.202302376.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме