Ya en la década de 1930, los inventores han comercializado pilas de combustible como una fuente de energía versátil. Ahora, Investigadores de Japón han destacado la impresionante química de un componente esencial de la próxima tecnología de pilas de combustible.

En un estudio publicado recientemente en el Revista de letras de química física , Investigadores de la Universidad de Tsukuba han revelado el transporte sucesivo de protones (transferencia de energía) en un cristal avanzado a base de carbono para futuras pilas de combustible. y la química que sustenta este fenómeno.

Estos cristales son interesantes como electrolitos sólidos (medios de transferencia de energía) en las próximas tecnologías de celdas de combustible. Los electrolitos sólidos tienen ventajas, como alta eficiencia energética y estabilidad a largo plazo, que carecen de algunos electrolitos. Los electrolitos sólidos a base de imidazol son focos de estudio habituales. Los investigadores plantean la hipótesis de que los cristales de succinato de hidrógeno de imidazolio pueden exhibir un transporte de protones sucesivo, también conocido como salto de protones. En el presente, esto no ha sido rigurosamente confirmado, algo que los investigadores de la Universidad de Tsukuba intentaron abordar.

"Una amplia gama de trabajos de laboratorio y simulaciones por computadora son consistentes con el transporte de protones unidireccional en cristales de succinato de hidrógeno de imidazolio, "dice el autor principal y principal del estudio, Profesor Yuta Hori. "Debido a que esta hipótesis requiere más pruebas, calculamos la energía molecular frente a la geometría molecular de nuestros cristales, y comparamos nuestros resultados con datos experimentales ".

Para hacer esto, los investigadores estudiaron estructuras cristalinas conocidas para investigar una estructura química conocida como enlaces de hidrógeno. La dinámica del hidrógeno en estos enlaces facilita el transporte de protones dentro de los cristales y puede caracterizarse experimentalmente mediante espectroscopía infrarroja.

"Los resultados de la espectroscopia fueron claros, "explica Hori." Descubrimos que a 100 ° C, en comparación con 30 ° C, hubo un cambio a una energía más alta en un pico que pertenece al transporte de protones ".

Es más, Los picos calculados por los investigadores, los correspondientes a las unidades químicas que contribuyen en gran medida a la formación de puentes de hidrógeno, eran consistentes con los datos experimentales.

"Usamos estos resultados para construir un modelo que rastreaba cómo se transfiere un protón de una unidad de imidazol a otra, "dice Hori." Nuestra superficie de energía potencial calculada proporcionó datos geométricos y energéticos que son consistentes con el salto de protones ".

Las pilas de combustible se utilizan hoy en día para alimentar una amplia gama de infraestructuras y tecnologías civiles, y suelen producir pocas emisiones. Mejorar la utilidad de las pilas de combustible en aplicaciones más diversas, logrado en parte al comprender cómo funcionan, ayudará a minimizar el desperdicio de energía en los próximos años.