Для выработки электричества топливные элементы PEM используют два химических отсека, разделенных проницаемой каталитической мембраной. Эта мембрана действует как электролит; отрицательный электрод связан с одной стороной мембраны, а положительный электрод — с другой. Электролитическая мембрана часто основана на полимере перфторсульфоновой кислоты. Однако из-за своей высокой стоимости менее дорогая мембрана с электролитом на углеводородной основе вызвала интерес в этом технологическом секторе.
До сих пор проблема принятия такой углеводородной мембраны заключалась в том, что граница раздела между электродом и углеводородной мембраной была слабой. Это приводит к тому, что мембрана относительно легко расслаивается, разваливаясь и теряя эффективность при использовании.Профессор Хи-Так Ким из отдела химической и биомолекулярной инженерии Корейского передового института науки и технологий (KAIST) и его исследовательская группа разработали новую систему крепления, которая связывает два материала механически, а не химически.
Это открывает путь к разработке мембран топливных элементов, которые будут менее дорогими, более простыми в производстве, более прочными и более эффективными.Исследователи достигли этого, сформировав узор из крошечных цилиндрических столбиков на поверхности углеводородной мембраны.
Столбы при нагревании выступают в размягченную кожу электрода. Механическое соединение схватывается и укрепляется по мере охлаждения и впитывания воды материалом.
Углеводородная мембрана с столбчатым рисунком отливается с помощью силиконовых форм.Профессор Ким сказал: «Эта физически скрепленная связь почти в пять раз прочнее, и ее труднее разделить, чем существующие связи между теми же слоями».
Новый метод блокировки также предлагает способ скрепления многих типов углеводородных мембран, которые до сих пор отвергались, поскольку их нельзя было надежно закрепить. Это сделало бы углеводородные мембраны практичными для ряда применений, помимо топливных элементов, таких как перезаряжаемые «проточные окислительно-восстановительные» батареи.
В настоящее время исследовательская группа разрабатывает более прочный и масштабируемый интерфейс блокировки для своих наноразмерных застежек.