Дослідницька група успішно розробила тверді електролітичні матеріали з використанням MOF.
Команда дослідників, пов’язана з UNIST, досягла інноваційного прогресу в дослідженні водню, підвищивши ефективність водневих паливних елементів за допомогою нових матеріалів іонних металоорганічних каркасів (metal-organic frameworks – MOF).
Інноваційний підхід значно покращує провідність.
Дослідницька група під керівництвом професора Myoung Soo Lah з кафедри хімії UNIST розробила тверді електролітичні матеріали з використанням MOF. Що робить це конкретне досягнення дослідження водню помітним, так це те, що нові іонні MOF матеріали значно підвищують провідність іонів водню всередині твердого електроліту, який використовується у водневих паливних елементах.
Крім того, згідно з їх дослідницькою статтею «Суперпротонна провідність MOFs, що обмежують цвіттеріонну сульфамінову кислоту як джерело протонів і провідне середовище», опубліковану в Angewandte Chemie, щотижневому рецензованому науковому журналі, команда представила гостьові молекули з низькою кислотністю.
Це стало «новаторським досягненням серед посередників, які використовуються для цієї мети». Дослідницька група водню досягла покращеної провідності іонів водню, впровадивши нову методологію, яка збільшує кількість молекул-гостей у порах MOF.
Дослідження водню були зосереджені на MOF як альтернативі Nafion.
В даний час Nafion переважно використовується як електролітний матеріал для паливних елементів з протонообмінною мембраною (PEM). Nafion забезпечує термічну, механічну та хімічну стабільність разом із високою провідністю іонів водню.
Однак при використанні Nafion паливні елементи PEM стикаються з обмеженнями, пов’язаними з діапазоном робочих температур, а також відсутністю ясності щодо їх механізмів підвищення продуктивності.
Знаючи це, дослідницька група водню зосередилася на MOF як потенційній альтернативі Nafion. Іонні металоорганічні каркаси — це матеріали, що складаються з металевих кластерів, які з’єднані між собою органічними лігандами, утворюючи пористу структуру. MOF мають виняткові хімічні та термічні властивості. Крім того, коли генеруються, MOFs мають пори різного розміру, і це можна використовувати для розробки матеріалів з високою провідністю іонів водню шляхом введення гостьових молекул через ці канали.
У своєму дослідженні дослідницька група ввела цвіттеріонну сульфамінову кислоту (амфотерну іонну речовину з низькою кислотністю, яка має як позитивні, так і негативні заряди) як гостьові молекули в два типи MOF – MOF-808 і MIL-101.
Сульфамінова кислота, яка має чудову здатність до утворення водневих зв’язків у багатьох формах, є ефективним середовищем для перенесення іонів водню. Збільшуючи кількість сульфамінової кислоти в порах MOFs, дослідницькій групі вдалося розробити матеріали, які показали високу провідність іонів водню (досягаючи рівнів, що досягали 10-1 Scm-1 або більше). Крім того, матеріали показали надзвичайну довговічність протягом тривалого періоду, протягом якого вони зберігали провідність іонів водню.
Цей прорив може допомогти прискорити глобальні зусилля щодо декарбонізації.
Завдяки численним перевагам MOF зростає інтерес до використання цих іонних матеріалів у паливних елементах.
Результати цього дослідження водню можуть бути неймовірно перспективними для підвищення продуктивності та ефективності водневих паливних елементів за допомогою MOF. Цей науковий прорив сприяє прискоренню прогресу в напрямку стійких енергетичних рішень, які відповідають глобальним зусиллям на шляху до декарбонізації.