Une plus grande organisation au niveau moléculaire pourrait améliorer l'efficacité des membranes utilisées dans les piles à combustible à hydrogène qui fournissent de l'énergie aux voitures électriques et à d'autres applications industrielles, selon une revue publiée dans la revue Science et technologie des matériaux avancés .

Les piles à combustible à hydrogène sont les composants producteurs d'énergie des voitures électriques. Travailler, ils doivent être capables de diviser les molécules d'hydrogène en protons chargés positivement et en électrons chargés négativement. Un type particulier de membrane, une membrane polymère conductrice de protons, est utilisé à cet effet. Il ne laisse passer que les protons, tandis que les électrons sont mis en circuit autour des membranes pour créer le courant électrique souhaité. Les protons sont ensuite transportés le long d'un mince film « ionomère », puis dans un catalyseur électrochimique où les électrons et les protons se rejoignent.

La recherche a montré que le transport des protons à travers les membranes polymères conductrices de protons plus épaisses est meilleur que dans les membranes ionomères plus minces.

Cette seconde partie du processus de transport des protons doit être étudiée pour améliorer les performances de la pile à combustible, dit le scientifique des matériaux Yuki Nagao de l'Institut avancé des sciences et technologies du Japon, qui fait des recherches sur les films conducteurs de protons depuis de nombreuses années.

Utilisant des technologies de pointe, lui et d'autres ont étudié les structures moléculaires des films ionomères et ont découvert que plus ils sont organisés à l'intérieur, mieux ils conduisent les protons.

Certains films ionomères couramment utilisés dans les piles à combustible à hydrogène sont fabriqués avec de l'acide sulfonique perfluoré. Les films peuvent être placés sur des surfaces constituées de substances telles que l'oxyde de silicium, oxyde de magnésium, ou du platine ou de l'or pulvérisé. Nagao a découvert que la conductivité des protons dans ces films dépend du type de surface et peut affecter les performances des piles à combustible.

Molécules dans un autre type de film, en polyimide alkylsulfoné, devenir plus organisé avec l'absorption d'eau. Cette propriété est le résultat de la capacité du matériau à entrer dans une phase cristalline liquide lorsque le solvant est ajouté.

"Mieux comprendre ces propriétés et leurs impacts sur la conduction protonique sera important pour clarifier les mécanismes de conduction protonique, " explique Nagao.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment contrôler l'organisation moléculaire par l'application de champs magnétiques externes, en utilisant leurs propriétés de cristaux liquides, ou en développant des réseaux de liaisons hydrogène entre les chaînes polymères au sein des films minces. Cela pourrait aider à conduire à une variété d'applications utilisant des films minces polymères hautement conducteurs de protons.