Las pilas de combustible de hidrógeno ofrecen una atractiva fuente de energía continua para aplicaciones remotas, desde naves espaciales hasta estaciones meteorológicas remotas. La eficiencia de la pila de combustible disminuye a medida que la membrana de Nafion, utilizado para separar el ánodo y el cátodo dentro de una pila de combustible, se hincha al interactuar con el agua.

Una colaboración rusa y australiana ha demostrado ahora que esta membrana separadora de Nafion desenrolla parcialmente algunas de sus fibras constituyentes, que luego sobresalen de la superficie hacia la fase de agua a granel durante cientos de micrones.

El equipo de investigación fue dirigido por un grupo en Rusia junto con el profesor australiano Barry Ninham de la Universidad Nacional Australiana en Canberra. un especialista líder en ciencia coloidal e interfaz. Sus resultados fueron publicados esta semana en The Revista de física química .

El equipo de investigación inició este proyecto para examinar una hipótesis propuesta que atribuía un nuevo estado del agua para explicar la hinchazón de la membrana de Nafion. En lugar de, son los primeros en describir el crecimiento de fibras de polímero que se extienden desde la superficie de la membrana a medida que interactúa con el agua. El número de fibras aumenta en función de la concentración de deuterio del agua.

"Para aumentar nuestra comprensión de estas membranas, necesitábamos describir la interacción a nivel molecular del agua deuterada con el polímero, ", Dijo Bunkin." Ahora que conocemos la estructura de la 'zona de exclusión', podemos adaptar la estructura de Nafion y sus propiedades eléctricas mediante el estudio de los cambios inducidos por efectos específicos de iones (Hofmeister) en su organización y función ".

Nafion es la membrana de intercambio de protones de óxido de hidrógeno disponible comercialmente de más alto rendimiento utilizada hasta la fecha en pilas de combustible. Su naturaleza porosa permite una concentración significativa de la solución de electrolito mientras se separa el ánodo del cátodo, que permite el flujo de electrones produciendo energía en la pila de combustible.

Los investigadores encontraron que la membrana es específicamente sensible al contenido de deuterio en el agua ambiental al destejir la estructura de la superficie. Las fibras de polímero se extienden desde la membrana al agua. El efecto es más pronunciado en agua con un contenido de deuterio entre 100 y 1, 000 partes por millón.

Para este estudio, el equipo desarrolló una instrumentación láser especializada (espectroscopia UV fotoluminiscente) para caracterizar las fibras de polímero a lo largo de la interfaz membrana-agua. Aunque las fibras individuales no se observaron directamente debido a la limitación espacial de la instrumentación, el equipo detectó de manera confiable su crecimiento en el agua.

"La importancia de este trabajo puede proporcionar una entrada a algunas áreas fundamentales de la biología y la producción de energía de las que no teníamos ni idea, "Dijo Bunkin.