Ett forskarlag under ledning av University of Tsukuba har framgångsrikt utvecklat en ny metod som kan förhindra korsning av stora bränslemolekyler och undertrycka nedbrytningen av elektroder i avancerad bränslecellsteknik med användning av metanol eller myrsyra.
Den framgångsrika siktningen av bränslemolekylerna uppnås via selektiva protonöverföringar på grund av steriskt hinder på håliga grafenark som har kemisk funktionalisering och fungerar som protonutbytesmembran.
För att förverkliga koldioxidneutralitet har efterfrågan på utveckling av direkt metanol/myrsyra-bränslecellsteknologi ökat. I denna teknik används metanol eller myrsyra som e-bränsle för att generera elektricitet.
Bränslecellerna genererar elektricitet via protonöverföring; men konventionella protonutbytesmembran lider av "korsningsfenomenet", där bränslemolekylerna också överförs mellan anoder och katoder. Därefter oxideras bränslemolekylerna i onödan och elektroderna deaktiveras.
I en studie publicerad i Advanced Science , utvecklade forskare ett nytt protonutbytesmembran bestående av grafenskivor med 5–10 nm-diameter hål, som är kemiskt modifierade med sulfaniliska funktionella grupper som ger sulfogrupper runt hålen.
På grund av steriskt hinder av de funktionella grupperna, undertrycker grafenmembranet framgångsrikt crossover-fenomenet genom att blockera penetrationen av bränslemolekylerna samtidigt som hög protonledningsförmåga bibehålls, kanske för första gången, enligt forskarna.
Hittills har konventionella tillvägagångssätt för att hämma migration av bränsle-molekyler inneburit en ökning av membrantjockleken eller inklämning av tvådimensionella material, vilket i sin tur minskade protonledningsförmågan.
I den här studien undersökte forskarna strukturer som hämmar migrationen av bränslemolekyler genom elektroosmotisk motstånd och steriska hinder. Följaktligen fann de att det sulfanilic-funktionaliserade grafenmembranet på ett anmärkningsvärt sätt kan undertrycka elektrodnedbrytning jämfört med de kommersiellt tillgängliga Nafion-membranen samtidigt som den bibehåller den protonledningsförmåga som krävs för bränsleceller.
Dessutom kan helt enkelt klistra in grafenmembranet på ett konventionellt protonutbytesmembran undertrycka crossover-fenomenet. Således bidrar denna studie till utvecklingen av avancerade bränsleceller som ett nytt alternativ för bränsleceller av vätetyp.
Mer information: Samuel Jeong et al, Suppression of Methanol and Formate Crossover through Sulfanilic-Functionalized Holey Graphene as Proton Exchange Membranes, Advanced Science (2023). DOI:10.1002/advs.202304082
Journalinformation: Avancerad vetenskap
Tillhandahålls av University of Tsukuba
