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Uma equipe de pesquisadores afiliados à UNIST fez um avanço inovador na melhoria da eficiência das células a combustível de hidrogênio, que estão ganhando atenção significativa como fontes de energia de próxima geração ecologicamente corretas.
Liderada pelo professor Myoung Soo Lah do Departamento de Química da UNIST, a equipe desenvolveu com sucesso materiais eletrolíticos sólidos utilizando estruturas metal-orgânicas (MOFs). Esta abordagem inovadora aumenta significativamente a condutividade dos íons de hidrogênio no eletrólito sólido empregado nas células a combustível de hidrogênio. Além disso, a equipe de pesquisa introduziu moléculas hóspedes com baixa acidez – marcando uma conquista pioneira entre os intermediários utilizados para esse fim. Ao implementar uma nova metodologia que aumenta o número de moléculas hóspedes dentro dos poros do MOF, eles alcançaram melhor condutividade de íons de hidrogênio.
As células a combustível de hidrogênio são dispositivos de geração de energia altamente eficientes e ecologicamente corretos que convertem diretamente a energia química derivada das reações entre o hidrogênio e o oxigênio em energia elétrica. Atualmente, as células de combustível de membrana de troca de prótons empregam predominantemente Nafion como material eletrolítico devido à sua estabilidade térmica, mecânica e química, juntamente com alta condutividade de íons de hidrogênio. No entanto, estes sistemas enfrentam limitações relativamente à sua gama de temperaturas de funcionamento e carecem de clareza sobre os seus mecanismos para melhoria de desempenho.
A equipe de pesquisa voltou sua atenção para os MOFs como alternativas potenciais. MOFs são materiais compostos por aglomerados metálicos interligados por ligantes orgânicos para formar uma estrutura porosa. Com excelentes propriedades de estabilidade química e térmica, os MOFs despertaram recentemente um interesse considerável para uso em aplicações de células de combustível. Além disso, quando gerados, os MOFs possuem poros de tamanhos variados que podem ser utilizados para desenvolver materiais com alta condutividade de íons hidrogênio, introduzindo moléculas hóspedes através desses canais.
Neste estudo conduzido pela equipe de pesquisa da UNIST liderada pelos membros do grupo do professor Myoung Soo Lah, o ácido sulfâmico zwitteriônico – uma substância iônica anfotérica de baixa acidez que possui cargas positivas e negativas – foi introduzido como moléculas convidadas em dois tipos de MOFs, nomeadamente MOF-808 e MIL-101. O ácido sulfâmico, uma molécula convidada com capacidades excepcionais de ligação de hidrogênio em várias formas, opera efetivamente como um meio para a transferência de íons de hidrogênio. Ao aumentar a quantidade de ácido sulfâmico nos poros dos MOFs, a equipe desenvolveu com sucesso materiais que demonstram alta condutividade de íons de hidrogênio (alcançando níveis de 10-1 Scm-1 ou superiores). Além disso, estes materiais exibiram uma durabilidade notável, uma vez que mantiveram a condutividade do ião hidrogénio durante um período prolongado.
Os resultados da pesquisa são imensamente promissores para o avanço da eficiência e do desempenho das células a combustível de hidrogênio por meio da utilização de estruturas metal-orgânicas. Este avanço contribui para acelerar o progresso em direção a soluções energéticas sustentáveis, em linha com os esforços globais para a descarbonização.
Os resultados do estudo foram publicados antes de sua publicação oficial na versão online da Angewandte Chemie International Edition em 26 de março de 2023. Este trabalho foi selecionado para a contracapa da revista e posteriormente publicado em 20 de junho de 2023.
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