Une équipe de chercheurs affiliée à une multitude d'institutions en Chine a développé une nouvelle classe de membranes échangeuses de protons (PEM) assemblées à partir de nanofeuillets de trichalcogénure de phosphore et de métal de transition. Dans leur article publié dans la revue Science , le groupe décrit l'utilisation de lacunes métalliques pour améliorer la conductivité dans les PEM. Fengmei Wang et Jun He avec le National Center for Nanoscience and Technology, Pékin a publié un article Perspective dans le même numéro de revue décrivant l'histoire de la recherche sur les membranes échangeuses de protons et le travail effectué par l'équipe dans ce nouvel effort.

Les PEM sont des membranes semi-perméables qui sont le plus souvent fabriquées à l'aide d'ionomères. Ils sont produits comme un moyen de conduire des protons tout en agissant à la fois comme un isolant électronique et une barrière réactive. Les applications typiques incluent les piles à combustible, filtres chimiques et capteurs. L'un de leurs inconvénients est qu'ils perdent leur conductivité à haute température et à faible humidité. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont développé une nouvelle classe de PEM qui surmonte ces limitations dans une certaine mesure.

Actuellement, la plupart des PEM fonctionnels sont fabriqués à partir de polymères ou de matériaux qui ont été noyés dans une matrice polymère. La norme actuelle est le Nafion PEM. Il est fabriqué à partir d'un copolymère fluoré à base de tétrafluoroéthylène sulfoné. Comme les autres PEM, il fait son travail via des canaux optimisés pour le transfert de protons, et comme les autres PEM, Des pores doivent être introduits pour réaliser l'hydratation. Les chercheurs avec ce nouvel effort ont amélioré cette conception en commençant par CdPS 3 , un matériau inorganique en couches. Ils ont ensuite retiré de petites quantités de cadmium pour créer des lacunes qui ont entraîné une augmentation de la conductivité des protons. Les tests de la nouvelle conception ont montré qu'il avait une conductivité protonique d'environ 0,95 S/cm dans un environnement à 90 °C et à 98 % d'humidité relative. Les chercheurs notent que le processus fonctionne également pour les membranes à base de manganèse. Ils ont testé cette approche secondaire et ont découvert qu'elle transportait avec succès les ions lithium.

Les chercheurs notent que leur approche permet la création de PEM qui sont non seulement plus efficaces que ceux actuellement utilisés, mais permettent également la création de produits à base de PEM qui peuvent être utilisés dans des applications à température plus élevée (jusqu'à 90 degrés Celsius) et à faible humidité (jusqu'à 53 % HR).

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