Nowa technologia ogniw paliwowych. Działają wydajniej, czyściej i w wyższych temperaturach
Ogniwa paliwowe są wyjątkowe nie bez powodu, bo ich możliwość generowania energii elektrycznej przy jedynym produkcie ubocznym w postaci wody, czyni je filarem zrównoważonej energii. Jednak daleko jest im do ideału, bo konwencjonalne ogniwa paliwowe w dużej mierze opierają się na polimerach perfluorosulfonowych, a więc części grupy PFAS, czyli związków chemicznych znanych ze swojej niechlubnej trwałości w środowisku i bioakumulacji. Coraz bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące PFAS podkreślają potrzebę znalezienia bardziej ekologicznych alternatyw, a jako że w poszukiwaniu zamienników można też wiele ulepszyć, japońscy naukowcy celowali właśnie w taką rewolucję.
Czytaj też: W Chinach produkują paliwo przyszłości na imponującą skalę. Można je spalać do woli
Japończycy opracowali właśnie polimerowy elektrolit na bazie kwasu fosfonowego o wyjątkowej stabilności i przewodności w wysokich temperaturach i przy niskiej wilgotności. Ta innowacja, oferująca 40-krotnie wyższą przewodność przy temperaturze 120°C i 20-procentowej wilgotności względnej w porównaniu do tradycyjnych materiałów, ma szansę rozwiązać wieloletnie problemy związane z zastosowaniem ogniw paliwowych. Wszystko to z użyciem polimerów węglowodorowych na bazie kwasu fosfonowego, które są wolne od fluoru i bardziej przyjazne dla środowiska.
Dotychczas wspomniane materiały borykały się z dwoma głównymi ograniczeniami – niską przewodnością oraz podatnością na degradację w wilgotnych warunkach, co ograniczało ich praktyczne zastosowanie. Aby przezwyciężyć te bariery, zespół naukowców wprowadził hydrofobowe separatory pomiędzy szkielet polimerowy a grupy kwasu fosfonowego. Tego typu modyfikacja strukturalna znacząco poprawiła odporność materiału na wodę, stabilność chemiczną i przewodność, a to zwłaszcza w wysokich temperaturach i przy niskiej wilgotności. Efekt? Przy 120°C i 20% wilgotności względnej nowo opracowana membrana wykazała 40-krotnie wyższą przewodność niż konwencjonalne membrany z polistyrenu fosfonowego oraz 4-krotnie wyższą przewodność niż sieciowane membrany z sulfonowanego polistyrenu.
Czytaj też: Sztuczna fotosynteza w służbie ludzkości. Tak powstaje czyste paliwo przyszłości
Korzyści wynikające z tego osiągnięcia wykraczają poza zastosowania stacjonarne i obejmują nawet pojazdy z ogniwami paliwowymi, których popularność po stronie producentów może wreszcie zacząć rosnąć wraz z kolejnymi postępami technologicznymi. Działanie ogniw w wyższych temperaturach zwiększa bowiem efektywność ogniw paliwowych na trzy kluczowe sposoby, gwarantując szybszą reakcję (większą moc wyjściową), mniejsze zanieczyszczenie elektrod (mniejszą potrzebę konserwacji), a nawet prostszą konstrukcję, przekładającą się na lżejsze i bardziej kompaktowe ogniwa paliwowe.
Czytaj też: Wciąga dwutlenek węgla, a wypuszcza czyste paliwo. Nowy mikroreaktor to hit tego roku
Stojący za tą rewolucją specjaliści nie tylko doczekali się publikacji swoich osiągnięć w czasopiśmie naukowym ACS Applied Polymer Materials, ale też złożyli już wnioski patentowe, aby zabezpieczyć swoje odkrycie. Trudno się temu dziwić, bo potencjalne zastosowania tej technologii są ogromne – od czystszych pojazdów po skalowalne rozwiązania energetyczne dla przemysłu i gospodarstw domowych.