Les protons sont la prochaine grande innovation en matière de technologie des piles à combustible. L'échange subatomique produit de l'énergie à une échelle qui défie la technologie contemporaine des piles à combustible à semi-conducteurs, utilisé pour aider à alimenter les navettes spatiales. Pour réaliser la technologie à base de protons plus tôt, une équipe internationale de chercheurs a développé un matériau hybride qui transporte efficacement les protons à des températures et une humidité élevées, deux défis majeurs lors des tentatives passées.

Les résultats ont été publiés dans Matériaux et interfaces appliqués ACS , un journal de l'American Chemical Society.

L'équipe, dirigé par l'Université de Tokyo au Japon, axé sur un matériau appelé polyoxométalates (POM), qu'ils ont précédemment transformés en un composite avec un autre polymère et des composés pour aider à fournir une stabilité structurelle.

« Les POM sont attrayants en tant que blocs de construction pour la conception et la synthèse de nouveaux matériaux dotés de propriétés et de fonctions souhaitables :ils peuvent transporter efficacement des protons, par exemple, mais seulement à basse température et à faible humidité, " a déclaré l'auteur de l'article Masahiro Sadakane, professeur à la Graduate School of Advanced Science and Engineering, Université d'Hiroshima. "Malheureusement, un énorme problème qui restait à résoudre est que notre composite se décomposait à des températures et une humidité plus élevées."

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont étudié comment mieux ajuster le composite en encapsulant des ions chargés positivement dans les cavités internes du matériau. Ions positifs, connu sous le nom de cations, aider à équilibrer les ions chargés négativement, connu sous le nom d'anions, pour stabiliser la conductivité dans un matériau.

Ils ont décidé d'incorporer l'europium, un élément métallique solide à température ambiante, dans la matière. Europium est particulièrement attractif pour les molécules d'eau, qui apporte de l'oxygène externe dans le matériau. Les protons se déplacent dans le système en se fixant à l'oxygène. Plus il y a d'oxygène, plus le processus est conducteur de protons.

"Notre objectif est de produire des matériaux stables à haute conductivité protonique, " a déclaré l'auteur de l'article Sayaka Uchida, professeur agrégé au Département des sciences fondamentales, École des arts et des sciences, L'Université de Tokyo. "Grâce à un contrôle fin des composants, nous avons produit un tel matériau."

Le matériau a continué à démontrer une conductivité protonique élevée à des températures de 368 Kelvin (202,73 degrés Fahrenheit) et 50 % d'humidité. Les chercheurs prévoient d'augmenter encore la stabilité et la conductivité des protons.

"Nous prévoyons d'augmenter la stabilité et la conductivité protonique afin que ce matériau puisse être utilisé comme électrolyte dans les piles à combustible, améliorer leurs performances, ", a déclaré Sadakane. "Ce travail pourrait fournir des orientations pour la conception de conducteurs de protons à semi-conducteurs."