Lepsze membrany dla metanolu

Zespół profesor Pauli Hammond z MIT-u pracuje nad membraną, która o 50% zwiększy wydajność metanolowych ogniw paliwowych. Metanol to obiecujące paliwo dla ogniw, jednak jego zastosowanie jest obecnie ograniczone m.in. przez niedoskonałości membran.

Metanolowe ogniwo paliwowe działa w ten sposób, że po jego jednej stronie zachodzi reakcja metanolu i wody, wskutek której powstają m.in. protony i wolne elektrony. Protony przechodzą przez membranę i łączą się z tlenem z powietrza, tworząc wodę. Elektrony zaś nie mogą przedostać się przez membranę, wędrują do obwodów elektrycznych zapewniając zasilanie. Im więcej protonów przechodzi przez membranę, tym więcej mocy zapewnia ogniwo. Problem w tym, że przez polimerowe membrany, przez które dobrze przechodzą protony, przecieka też metanol, przez co zmniejsza się wydajność ogniwa. Przeciekaniu można oczywiście zapobiec, stosując na przykład grubsze membrany, ale jednocześnie blokują one więcej protonów, zmniejszając wydajność ogniwa.

W piśmie Advanced Materials profesor Hammond opisała niedrogi proces produkcji membrany, która dobrze przewodzi elektrony, a jednocześnie zapobiega zbytniemu przeciekaniu metanolu. W efekcie wydajność ogniwa może wzrosnąć o ponad 50 procent.

Pomysł naukowców z MIT-u polega na zmodyfikowaniu komercyjne dostępnej membrany z produkowanego przez DuPonta polimeru Nafion. Membrana jest umieszczana na krzemowym dysku, który powoli się obraca. Nad dyskiem umieszczono cztery dysze. Najpierw z jednej z nich wydobywa się roztwór pozytywnie naładowanego polimeru, po kilku sekundach dysza przestaje pracować, a dysk jest zraszany wodą. Następnie uruchamiana jest dysza z roztworem negatywnie naładowanego polimeru, a później znowu woda. W ten sposób na membranie powstaje dwuwarstwowa błona o grubości od 3 do 50 nanometrów. W Advanced Materials opisano zmodyfikowaną membranę, na którą nałożono 3 dwuwarstwowe błony. Dzięki połączeniu pozytywnie i negatywnie naładowanych polimerów osiągnięto wysokie przewodnictwo, a jednocześnie zredukowano przeciekanie metanolu.

Nieco podobnego podejścia próbowały już inne zespoły. Ich pomysł polegał na użyciu dwóch polimerów, jednak taka membrana była niestabilna, gdyż polimery o różnych strukturach mają tendencje do oddzielania się. My połączyliśmy dwa różne materiały, ale w skali nano, dzięki czemu połączenie było trwałe – mówi Hammond.

Uczeni testują swoją membranę w różnych warunkach ciśnienia, wilgotności i temperatury. Przyznają, że nie osiągnęli jeszcze tak dobrego przewodnictwa, jakie zapewnia sam Nafion, ale są już bardzo blisko. Jeśli im się uda, metanolowe ogniwa paliwowe powinny łatwiej się upowszechniać.

źródło: kopalniawiedzy.pl