Conception et synthèse de POP et de POP sulfonés (S-POP). Crédit :JAIST
Chercheurs du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) et du Dalian Institute of Chemical Physics, Académie chinoise des sciences, ont réussi à établir une conception synthétique universelle utilisant des polymères organiques poreux (POP) pour les électrolytes des piles à combustible, selon un article chaud au choix de l'éditeur publié dans la revue Frontières de la chimie des matériaux .
Le développement de nouveaux matériaux pour des technologies rentables est urgent et nécessaire pour créer une société écologiquement durable. Les piles à combustible à électrolyte polymère ont des attentes élevées pour un système d'énergie propre qui peut soutenir la protection de l'environnement. Ils doivent être capables de diviser une molécule d'hydrogène en protons chargés positivement et en électrons chargés négativement. Dans ce but, des matériaux polymères à haute conductivité protonique sont nécessaires. Les électrons ne traversent pas le matériau, seuls les protons passent, ils peuvent donc être extraits sous forme d'électricité.
La recherche a montré simple, universel, et une stratégie synthétique rentable pour obtenir des POP hautement conducteurs de protons, comme indiqué dans le schéma 1. Ils montrent une excellente conductivité de protons de 10 -2 à 10 -1 cm cm -1 .
Dans la recherche jusqu'à présent, il y avait plusieurs problèmes - la méthode de synthèse utilisant les POP était compliquée et le squelette était limité. Afin d'établir la stratégie synthétique universelle pour des applications pratiques, nous avons pu essayer différents squelettes comme POP et établi la méthode de synthèse applicable à presque tous les matériaux à base d'aromatiques, " déclare le scientifique des matériaux Yuki Nagao de JAIST, qui fait des recherches sur les matériaux conducteurs de protons depuis de nombreuses années.
Les chercheurs ont divisé les étapes de synthèse en deux étapes. D'abord, un polymère organique poreux a été synthétisé. Seconde, une stratégie de post-sulfonation a été adoptée qui a ensuite introduit des groupes d'acide sulfonique à travers les pores. Le catalyseur utilisé lors de la synthèse provoque une détérioration du matériau lors du fonctionnement de la pile à combustible, mais il pourrait également être enlevé en utilisant les pores. La conductivité remarquable du S-POP-TPM a été enregistrée sur 2,7 × 10 -2 et 1,0 × 10 -1 cm cm -1 sous 25 et 80 °C à 95% HR, respectivement.
"Les résultats de cette étude indiquent que la structure des POP sulfonés offre un moyen simple et universel pour faire évoluer la conception structurelle des matériaux hautement conducteurs de protons, " explique Zhongping Li, qui est le premier auteur de cet ouvrage. Le travail représente un pas en avant vers une société de l'hydrogène.