Protoner är nästa stora grej när det kommer till bränslecellsteknik. Den subatomära utbytet producerar kraft i en skala som utmanar samtida solid-state bränslecellteknologi, används för att hjälpa till med rymdfärjor. För att realisera den protonbaserade tekniken tidigare, ett internationellt team av forskare har utvecklat ett hybridmaterial som effektivt transporterar protoner vid höga temperaturer och luftfuktighet – två stora utmaningar i tidigare försök.

Resultaten publicerades i ACS tillämpade material och gränssnitt , en tidskrift från American Chemical Society.

Laget, ledd av University of Tokyo i Japan, fokuserat på ett material som kallas polyoxometalater (POM), som de tidigare tillverkade till en komposit med en annan polymer och föreningar för att ge strukturell stabilitet.

"POM:er är attraktiva som byggstenar för design och syntes av nya material med önskvärda egenskaper och funktioner - de kan effektivt transportera protoner, till exempel, men bara vid låga temperaturer och låg luftfuktighet, " sa pappersförfattaren Masahiro Sadakane, professor vid forskarskolan för avancerad vetenskap och teknik, Hiroshima universitet. "Tyvärr, ett stort problem återstår att lösa är att vår komposit sönderdelas vid högre temperaturer och luftfuktighet. "

För att lösa det här problemet, forskarna undersökte hur man bättre kan ställa in kompositen genom att inkapsla positivt laddade joner i materialets inre hålrum. Positiva joner, känd som katjoner, hjälpa till att balansera negativt laddade joner, känd som anjoner, för att stabilisera konduktiviteten i ett material.

De bestämde sig för att införliva europium, ett metalliskt element som är fast vid rumstemperatur, in i materialet. Europium är särskilt attraktivt för vattenmolekyler, som för in yttre syre i materialet. Protoner rör sig genom systemet genom att fästa till syret. Ju mer syre, desto mer protonkonduktivt är processen.

"Vårt mål är att producera stabila högprotonledande material, " sa pappersförfattaren Sayaka Uchida, docent vid institutionen för grundvetenskap, Skolan för konst och vetenskap, Tokyos universitet. "Genom finkontroll av komponenterna, vi producerade ett sådant material."

Materialet fortsatte att visa hög protonkonduktivitet vid temperaturer på 368 Kelvin (202,73 grader Fahrenheit) och 50% luftfuktighet. Forskarna planerar att öka stabiliteten och protonkonduktiviteten ytterligare.

"Vi planerar att öka stabiliteten och protonkonduktiviteten så att detta material kan användas som elektrolyt i bränsleceller, förbättra sina prestationer, Sadakane sa. "Detta arbete kan ge vägledning för utformningen av solid-state protonledare."