Yeni İyonik Malzemeler Hidrojen Yakıt Hücresi Verimliliğini Artırıyor
Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’ne (UNIST) bağlı bir araştırma ekibi, çevre dostu yeni nesil enerji kaynakları olarak büyük ilgi gören hidrojen yakıt hücrelerinin verimliliğinin artırılması konusunda çığır açıcı bir ilerleme kaydetti.
UNIST Kimya Bölümü’nden Profesör Myoung Soo Lah liderliğindeki ekip, metal-organik çerçeveleri (MOF) kullanarak başarıyla katı elektrolit malzemeleri geliştirdi. Bu yenilikçi yaklaşım, hidrojen yakıt hücrelerinde kullanılan katı elektrolit içindeki hidrojen iyonlarının iletkenliğini önemli ölçüde artırıyor. Ayrıca araştırma ekibi, düşük asitli konuk molekülleri tanıttı; bu, bu amaç için kullanılan aracılar arasında öncü bir başarıya işaret ediyor. MOF gözenekleri içindeki konuk moleküllerin sayısını artıran yeni bir metodoloji uygulayarak, gelişmiş hidrojen iyonu iletkenliği elde ettiler.
Hidrojen yakıt hücreleri, hidrojen ve oksijen arasındaki reaksiyonlardan elde edilen kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren, yüksek verimli ve çevre dostu enerji üretim sistemleridir. Şu anda Proton Değişim Membranlı Yakıt Hücreleri, yüksek hidrojen iyonu iletkenliğinin yanı sıra termal, mekanik ve kimyasal stabilitesi nedeniyle ağırlıklı olarak Nafion’u bir elektrolit malzemesi olarak kullanıyor. Ancak bu sistemler, çalışma sıcaklığı aralıklarıyla ilgili sınırlamalarla karşı karşıyadır ve performans artırma mekanizmaları konusunda netlikten yoksundur.
Araştırma ekibi dikkatlerini potansiyel alternatifler olarak MOF’lara çevirdi. MOF’lar, gözenekli bir yapı oluşturmak üzere organik ligandlarla birbirine bağlanan metal kümelerinden oluşan malzemelerdir. Mükemmel kimyasal ve termal kararlılık özelliklerine sahip olan MOF’lar, son zamanlarda yakıt hücresi uygulamalarında kullanım açısından büyük ilgi görmektedir. Üstelik MOF’lar oluşturulduklarında, konuk moleküllerin bu kanallar aracılığıyla tanıtılmasıyla yüksek hidrojen iyonu iletkenliğine sahip malzemelerin geliştirilmesinde kullanılabilecek çeşitli boyutlarda gözeneklere sahiptir.
Profesör Myoung Soo Lah’ın grup üyelerinin liderliğindeki UNIST araştırma ekibi tarafından yürütülen bu çalışmada, hem pozitif hem de negatif yüklere sahip düşük asitli bir amfoterik iyonik madde olan dipolar iyonik sülfamik asit, iki tür MOF’a konuk molekül olarak tanıtıldı. yani MOF-808 ve MIL-101. Çeşitli formlarda olağanüstü hidrojen bağlama kapasitesine sahip bir konuk molekül olan sülfamik asit, hidrojen iyonlarının aktarımı için etkili bir ortam olarak çalışır. Ekip, MOF’ların gözenekleri içindeki sülfamik asit miktarını artırarak, yüksek hidrojen iyonu iletkenliği sergileyen (10-1 Scm-1 veya daha yüksek seviyelere ulaşan) malzemeleri başarıyla geliştirdi. Üstelik bu malzemeler, hidrojen iyonu iletkenliğini uzun süre koruduklarından dikkate değer bir dayanıklılık sergilediler.
Araştırma bulguları, metal-organik çerçevelerin kullanımı yoluyla hidrojen yakıt hücrelerinin verimliliğini ve performansını artırma konusunda büyük umut vaat ediyor. Bu atılım, karbonsuzlaştırmaya yönelik küresel çabalara paralel olarak sürdürülebilir enerji çözümlerine yönelik ilerlemenin hızlandırılmasına katkıda bulunuyor.
Çalışma bulguları, Angewandte Chemie dergisinde resmi olarak yayınlanmadan önce 26 Mart 2023 tarihli çevrimiçi versiyonunda yayınlandı. Bu çalışma derginin arka kapağı için seçildi ve ardından 20 Haziran 2023’te yayınlandı.
Kaynak : sciencedaily.com
