Революционные исследования разрушают барьеры в технологии водородных топливных элементов

Водородные топливные элементы, долгое время считавшиеся одной из основ устойчивой энергетики, сделали значительный шаг вперед благодаря новаторским исследованиям Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST).

Команда под руководством профессора Мён Су Ла с химического факультета UNIST добилась революционного прогресса в эффективности водородных топливных элементов. Их инновационный подход, опубликованный в журнале Angewandte Chemie International Edition, обещает изменить ландшафт экологически чистых источников энергии следующего поколения. Водородные топливные элементы известны своей высокой эффективностью и экологически чистыми возможностями производства электроэнергии. Они напрямую преобразуют химическую энергию, образующуюся в результате реакций между водородом и кислородом, в электрическую энергию. Однако для полного использования их потенциала решающее значение имеет повышение проводимости ионов водорода в твердом электролите топливного элемента.

Традиционно в топливных элементах с протонообменной мембраной в качестве электролита используется Nafion из-за его стабильности и высокой проводимости ионов водорода. Однако ограничения Nafion с точки зрения температурного диапазона и механизмов повышения производительности создавали ряд проблем.

Исследовательская группа UNIST обратилась к металлоорганическим каркасам (MOFs) в качестве альтернативного решения. Известные своей химической и термической стабильностью, MOFs получили признание в топливных элементах. Ключ к их потенциалу кроется в порах разного размера, которые можно использовать для введения гостевых молекул, обеспечивающих высокую проводимость ионов водорода.

В этом исследовании исследователи UNIST ввели цвиттер-ионную сульфаминовую кислоту, амфотерное ионное вещество низкой кислотности с положительными и отрицательными зарядами, в качестве гостевых молекул в два типа MOFs: MOF-808 и MIL-101. Сульфаминовая кислота, обладающая исключительными способностями к образованию водородных связей, служила средой для переноса ионов водорода внутри топливного элемента. Увеличивая количество сульфаминовой кислоты в порах MOF, они достигли очень высокого уровня проводимости ионов водорода, сохраняя при этом долговечность в течение длительного периода.

Это достижение обещает значительное повышение эффективности и производительности водородных топливных элементов. Используя металлоорганические структуры и инновационные гостевые молекулы, исследование UNIST прокладывает путь к более устойчивым и эффективным энергетическим решениям. В эпоху, когда глобальные усилия по декарбонизации имеют первостепенное значение, этот прорыв может изменить правила игры.