Syntes och karakteriseringar av Cd 0,85 PS 3 Li 0,3 och Cd 0,85 PS 3 Li 0,15 H 0,15 nanoark. Kreditera: Vetenskap (2020). DOI:10.1126/science.abb9704
Ett team av forskare knutna till en mängd institutioner i Kina har utvecklat en ny klass av protonutbytesmembran (PEM) sammansatta av övergångsmetallfosfor trikalkogenid nanoskivor. I deras papper publicerad i tidskriften Vetenskap , gruppen beskriver hur man använder metallvakanser för att förbättra konduktiviteten i PEM. Fengmei Wang och Jun He med National Center for Nanoscience and Technology, Peking har publicerat ett perspektiv i samma tidskriftsnummer som beskriver historien om protonutbytesmembranforskning och det arbete som gjorts av teamet i denna nya ansträngning.
PEM är semipermeabla membran som oftast tillverkas med jonomerer. De produceras som ett medel för att leda protoner samtidigt som de fungerar som både en elektronisk isolator och en reaktantbarriär. Typiska tillämpningar inkluderar bränsleceller, kemiska filter och sensorer. En av deras nackdelar är att de förlorar sin konduktivitet vid höga temperaturer och låg luftfuktighet. I denna nya ansträngning, forskarna har utvecklat en ny klass av PEM som till viss del övervinner dessa begränsningar.
För närvarande, de flesta funktionella PEM är gjorda av polymerer eller från material som har bäddats in i en polymermatris. Den nuvarande standarden är Nafion PEM. Den är gjord med en sulfonerad tetrafluoretylen-baserad fluorpolymersampolymer. Liksom andra PEM:er gör den sitt arbete via kanaler som har optimerats för att överföra protoner, och som andra PEM, porer måste införas för att utföra hydrering. Forskarna med denna nya ansträngning har förbättrat denna design genom att börja med CdPS 3 , ett skiktat oorganiskt material. De tog sedan bort små mängder kadmium för att skapa vakanser vilket resulterade i ökad konduktivitet hos protonerna. Testning av den nya designen visade att den hade en protonledningsförmåga på cirka 0,95 S/cm i en miljö på 90°C och 98 % RH. Forskarna noterar att processen också fungerar för manganbaserade membran - de testade detta sekundära tillvägagångssätt och fann att det framgångsrikt transporterade litiumjoner.
Forskarna noterar att deras tillvägagångssätt möjliggör skapandet av PEM som inte bara är mer effektiva än de som för närvarande används, men också möjliggöra skapandet av PEM-baserade produkter som kan användas i tillämpningar med högre temperatur (upp till 90 grader Celsius) och lägre luftfuktighet (ned till 53 % relativ fuktighet).
© 2020 Science X Network
