Yakıt Hücrelerinin Kimyası
1930’lara kadar mucitler çok yönlü güç kaynağı olarak yakıt hücrelerini ticarileştirmişlerdi. Şimdiyse Japon araştırmacılar, yakıt hücreleri teknolojisinden oluşan önemli bir bileşenin etkileyici kimyasına vurgu yapmaktadırlar.
Yakın zamanlarda, Physical Chemistry Letters Dergisi’nde yayınlanan çalışmanın Tsukuba Üniversitesi’nden araştırmacıları, gelecekteki yakıt hücreleri için ileri seviyedeki karbon bazlı kristallerde üst üste meydana gelen proton transferini (enerji transferi) ve bunun temelini oluşturan kimyayı ortaya çıkardılar.
Bu tarz kristaller, gelecekteki yakıt hücre teknolojisinde enerji transferinde rol oynayan katı elektrolitler kadar heyecan vericidir. Katı elektrolitlerin, bazı elektrolitlerin yoksun olduğu, yüksek güç verimi ve uzun süre kararlı kalabilme gibi avantajları vardır. İmidazol bazlı katı elektrolitler, çalışmanın en dikkat çeken noktasıdır. Araştırmacıların hipotezi, imidazolyum hidrojen süksinat kristallerinin proton transferinde başarılı olduğunu göstermektedir. Aynı zamanda bu, proton atlaması olarak da bilinir.
Çalışmanın baş ve kıdemli yazarı Profesör Yuta Hori, “Birçok laboratuvar çalışması ve bilgisayar simülasyonlarıyla, imidazolyum hidrojen süksinat kristallerindeki tek yönlü olmayan proton transferi tutarlıdır. Bu hipotezin daha fazla test edilmesi gerektiğinden, kristallerimizin moleküler geometrisine karşılık moleküler enerjisini hesapladık ve sonuçlarla, deneysel verileri kıyasladık” dedi.
Bunu yapmak için araştırmacılar; hidrojen bağları olarak da bilinen kimyasal yapıyı incelemek amacıyla bilinen kristal yapılarıyla çalıştılar. Bu bağlarda hidrojenin dinamiği, kristallerdeki proton transferini kolaylaştırmaktadır ve kızılötesi spektroskopiyle deneysel olarak karakterize edilebilmektedir.
Hori, “Spektroskopi sonuçları, açık ve net. 100°C ile 30°C kıyasladığımızda, 100°C’de proton taşımacılığıyla alakalı olan pikinden, enerjinin fazla olduğu yöne kayma olduğunu gördük” olarak açıkladı.
Dahası araştırmacıların hesapladığı (hidrojen bağına katkısı olan kimyasal birimlere karşılık gelen yani proton taşımacılığıyla alakalı olan) piklerle deneysel veriler tutarlıydı.
Hori, “Sonuçları, bir imidazol biriminden diğer bir imidazol birimine proton transferi olurken, transferi takip edecek bir model oluşturmak için kullandık. Hesapladığımız potansiyel enerji yüzeyi, protonun transferiyle tutarlı olan geometrik ve enerjik verileri sağlamaktadır” dedi.
Yakıt hücreleri günümüzde birçok sivil alt yapıda ve teknolojilerinde güçlendirici olarak kullanılmaktadır ve tipik olarak az emisyon üretmektedir. Yakıt hücrelerini birçok alandaki faydalarını geliştirmek, nasıl çalıştığını anlamadığımız işleri anlayarak, önümüzdeki yıllarda güç kaybını minimum seviyeye getirmemize yardım edecektir.
Kaynak : sciencedaily.com
