Anjonbytarmembranbränsleceller (AEMFC), som producerar el med väte, anses vara ett alternativ till för närvarande använda protonbytesmembranbränsleceller. Dock, AEM har problem med stabilitet under alkaliska förhållanden, som kan övervinnas genom tvärbindning. Men effekterna av tvärbindningslängd på AEMFC-prestanda är inte väl förstått. Nu, Koreanska forskare har klarlagt sådana effekter för syreinnehållande tvärbindare. Genom att använda en optimalt lång tvärbindare, de producerade en ny AEMFC med bättre prestanda.

Många ansträngningar görs över hela världen för att ersätta fossila bränslen med grönare alternativ. Väte (H ₂ ) är ett lovande alternativ som för närvarande är i rampljuset; den kan användas för att generera el i bränsleceller med vatten som genereras som den enda biprodukten. Dock, Tekniken är inte riktigt redo för kommersialisering eftersom protonutbytesmembranbränsleceller, den mest studerade typen, lider av höga kostnader och stabilitetsproblem.

I kontrast, anjonbytarmembran (AEM) bränsleceller använder billigare katalysatorer och kan erbjuda överlägsen prestanda. I dessa celler, hydroxidjoner (OH ^- ) cirkuleras istället för protoner genom användning av en polymerelektrolyt sammansatt av en polymerryggrad och jonledande grupper. Ett sätt att förbättra egenskaperna hos sådana elektrolyter är genom att tvärbinda - fysiskt eller kemiskt länka polymerenheter till varandra genom molekylära sidokedjor.

Även om syrehaltiga tvärbindare förbättrar stabiliteten och jonledningsförmågan hos AEMs på grund av deras hydrofilicitet, eller affinitet för vatten, effekterna av tvärbindningslängden, som definierar antalet syreatomer, inte förstås i detalj.

För att få djupare insikt i denna fråga, forskare vid Incheon National University genomförde nyligen en studie där de framställde långa AEM-polymerer med ammoniumjonledande grupper och band dessa molekyler tillsammans med etylenoxidinnehållande tvärbindare av olika längder. Genom en mängd olika experiment, de jämförde AEM med olika tvärbindningslängder när det gäller deras mekaniska och termiska egenskaper, vattenretentionskapacitet, ÅH ^- jonledningsförmåga, morfologi och stabilitet. Deras resultat publiceras i Journal of Membrane Science , en topptidskrift inom polymervetenskap.

Experimenten hjälpte forskarna att belysa mekanismerna genom vilka överdriven tvärbindningslängd i slutändan kan försämra prestandan hos AEM. Professor Tae-Hyun Kim, som ledde studien, förklarar:"Även om det var lätt att förutsäga att syrehaltiga tvärbindare skulle öka hydrofilicitet och möjligen leda till bättre jonledningsförmåga, våra resultat avslöjar att ett överdrivet stort antal upprepade syreenheter ökar kristalliniteten – eller graden av ordning – hos det resulterande materialet. I tur och ordning, detta minskar faktiskt hydrofilicitet och äventyrar i slutändan många fysikalisk-kemiska egenskaper hos AEM."

Efter att ha fastställt den optimala längden för deras tvärbindare, forskarna förberedde en AEM-bränslecell och fann att den resulterande prestandan var markant bättre än när man använde AEM utan syreinnehållande tvärbindare. Spännande över resultatet, Professor Kim sa, "Det huvudsakliga resultatet från vår studie är att lägga till molekyler med hög vattenaffinitet, som etylenoxid, att tvärbindare med optimal längd är en giltig strategi för att förbättra de grundläggande egenskaperna hos AEM och deras prestanda i faktiska bränsleceller."

Även om det fortfarande finns utrymme för förbättringar innan AEM-bränsleceller effektivt kan användas i praktiken och kommersialiseras, denna studie tar ytterligare ett steg mot populariseringen av nästa generations miljövänliga energikällor.