Yeni İyonik Materyallerle Hidrojen Yakıt Pillerinin Verimliliğini Arttırmak
UNIST’e bağlı bir araştırma ekibi, yeni nesil çevre dostu enerji kaynakları arasında en dikkat çeken hidrojen yakıt pillerinin verimliliğini arttırmak için çığır açan bir yaklaşım geliştirdiler.
UNIST Kimya Bölümü’nden Profesör Myoung Soo Lah liderliğindeki bir ekip, metal-organik çerçeveler (MOF) kullanarak katı elektrolit materyallerini başarılı bir şekilde geliştirdiler. Bu yeni yaklaşım hidrojen yakıt pillerinde çalıştırılarak katı elektrolitlerdeki hidrojen iyonlarının iletkenliğini önemli ölçüde arttırmıştır.
Dahası bu amacı sağlayan aracılardan biri olarak geçici zayıf asit moleküllerini tanıttılar. MOF gözeneklerindeki geçici molekül sayısını arttıran yeni bir metodoloji uygulayarak hidrojen iyonunun iletkenliğini arttırmış oldular.
Hidrojen yakıt pilleri, hidrojen ve oksijen arasında gerçekleşen reaksiyonlardaki kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çeviren, oldukça verimli ve çevre dostu olan güçlü bir teknolojidir. Mevcut teknolojide yaygın olarak, hidrojen iyonu iletkenliğini yükseltmenin yanı sıra kimyasal, mekaniksel ve termal kararlılığı sağlama amacıyla elektrolit materyal olarak genelde Nafion kullanan Proton Geçirimli Membran Yakıt Pilleri kullanılmaktadır.
Ancak bu sistemlerin sıcaklık aralığını ayarlamada karşı karşıya kaldığı limitler vardır ve performanslarını arttırmak için mekanizmaları yeterince net değildir.
Araştırma ekibi de potansiyel alternatif olarak ilgilerini MOF’lara yöneltmiştir. MOF’lar, gözenekli yapı oluşturmak için organik ligandlarla birbirine bağlanan metal kümelerden oluşur. Mükemmel kimyasal ve termal kararlılık özelliklerine sahip yapılarıyla MOF’lar son zamanlarda yakıt pilleri uygulamalarında önemli bir ilgiye sahip olmuştur. Dahası MOF gözeneklerinden geçici molekülleri geçirerek hidrojen iyonu iletkenliğini arttıracak farklı gözenek boyutları vardır.
UNIST’den Profesör Myoung Soo Lah liderliğindeki bir araştırma ekibi tarafından yürütülen çalışmada hem pozitif hem negatif yüke sahip zayıf asitli atmosferik iyon maddelerinden zwitteriyonik sülfamik asidi MOF-808 ve MIL-101 olmak üzere MOF’da kullanılacak iki tip geçici molekül olarak tanıtılmıştır.
Çeşitli formlarda hidrojen bağları oluşturma yeteneğine sahip geçici molekül sülfamik asidin, hidrojen iyonlarını iletme seviyesi ortadır. Ancak MOF’ların gözeneklerindeki sülfamik asit miktarını arttırarak araştırma ekibi hidrojen iyonu iletkenliğini arttırabilmişlerdir (10-1 Scm-1 ya da daha fazlası seviye). Ayrıca bu materyallerin geniş bir periyotta hidrojen iyonu iletkenliği incelenerek kararlığı da gösterilmiştir.
Çalışmanın sonuçları, metal-organik çerçeveler kullanılarak hidrojen yakıt pillerinin verimliliğini arttırmada büyük bir umut vaat etmektedir. Bu atılım, karbonsuzlaştırma doğrultusunda globalde çalışılan sürdürülebilir enerji kaynakları süreçlerine büyük bir katkıda bulunarak hızlı bir ilerleme kaydetmesini sağlamıştır.
Çalışmanın sonuçları Angewandte Kimya Uluslararası baskısında yayınlanmıştır. Daha fazla bilgi için: Amitosh Sharma et al, Superprotonic Conductivity of MOFs Confining Zwitterionic Sulfamic Acid as Proton Source and Conducting Medium, Angewandte Chemie International Edition (2023).
KAYNAK: phys.org
