Zostały w ostatnim czasie objęte eksperymentami prowadzonymi w temperaturze 120 stopni Celsjusza. Tym sposobem inżynierowie zmierzyli ogromny – aż 40-krotny – skok przewodności. Taka poprawa wystąpił względem wariantu z membraną wykonaną z polistyrenu kwasu fosfonowego. Co istotne, w czasie prowadzonych testów wilgotność względna wynosiła 20 procent.
Czytaj też: Perowskitowe ogniwa słoneczne miały dwa poważne problemy. To już przeszłość
Kluczowy dla sukcesu w funkcjonowaniu tego rozwiązania okazał się elektrolit polimerowy kwasu fosfonowego. To właśnie on sprawia, że możliwe staje się działanie w wysokich temperaturach i przy niskiej wilgotności. Odnotowane wyniki dają nadzieję na wprowadzenie do użytku zrównoważonej alternatywy dla konwencjonalnie stosowanych w tej dziedzinie materiałów.
O kulisach całej koncepcji jej autorzy piszą na łamach ACS Applied Polymer Materials. Takie ogniwa paliwowe – ze względu na możliwość wytwarzania paliwa z wodą jako jedynym produktem ubocznym – są wysoce pożądane. Problem w tym, że konwencjonalnie stosowane warianty są oparte na polimerach znanych jako PFAS. Te mają skłonność do gromadzenia się w środowisku naturalnym i trafiania do żywych organizmów – włącznie z ludzkimi.
Zaprojektowane przez japońskich naukowców ogniwo paliwowe cechuje się podwyższoną odpornością na wysokie temperatury oraz niską wilgotność
Trzeba więc było znaleźć alternatywę. Jedną z takowych mogłyby być zdaniem japońskich naukowców polimery węglowodorowe kwasu fosfonowego. Pozbawione fluoru i bezpieczniejsze dla środowiska stanowią bardzo kuszących kandydatów. I choć w takim wariancie odnotowano wcześniej zadowalające rezultaty, to jednocześnie pojawiały się problemy z właściwościami hydrofilowymi oraz ograniczonym przewodnictwem.
Wyjściem z sytuacji okazały się hydrofobowe przekładki umieszczone między szkieletem polimeru a grupami kwasu fosfonowego. Właśnie w ten sposób zwiększono odporność na wodę, poprawiono stabilność chemiczną i nasilono przewodnictwo w podwyższonych temperaturach oraz niskim poziomie wilgotności.
Czytaj też: Koniec grafitu? Krzemowe akumulatory przejmują rynek
Potwierdziło się to w praktyce, gdyż taki materiał okazał się bardziej odporny na rozpuszczanie w gorącej wodzie. Projektowane z jego wykorzystaniem ogniwa paliwowe mogłyby znaleźć zastosowanie chociażby w samochodach. Dzięki możliwości działania w wyższych temperaturach zwiększa się też wydajność wytwarzania energii. Poza tym ograniczony jest wtedy wpływ tlenku węgla na elektrody i występuje skuteczniejsze odprowadzanie ciepła przy jednocześnie odchudzonej konstrukcji.