Polscy naukowcy badają nowy materiał polimerowy
Naukowcy z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego, którzy we współpracy ze specjalistami z Korei Południowej, Danii i Niemiec opracowali innowacyjny materiał polimerowy przeznaczony do zastosowań elektrochemicznych. Odkrycie to ma istotne znaczenie dla rozwoju technologii wodorowych, stanowiących jeden z filarów współczesnej transformacji energetycznej.
Badania koncentrowały się na opracowaniu innowacyjnej membrany opartej na sulfonowanym poli(benzimidazolu) – SOPBI, która może znaleźć zastosowanie w procesie elektrolizy wody, kluczowym dla produkcji tzw. zielonego wodoru. W sytuacji, gdy energia elektryczna pochodzi ze źródeł odnawialnych, wodór wytwarzany tą metodą staje się paliwem przyszłości, wolnym od emisji dwutlenku węgla. Jednym z głównych wyzwań w komercjalizacji tej technologii jest ograniczenie kosztów wynikających z użycia metali szlachetnych, takich jak platyna czy iryd, pełniących rolę katalizatorów w klasycznych elektrolizerach z membraną protonową.
Alternatywą jest elektroliza alkaliczna z membraną wymieniającą aniony, która umożliwia wykorzystanie tańszych i bardziej dostępnych metali, takich jak nikiel. Jednak w tego typu układach kluczowym problemem pozostaje trwałość membran – większość znanych materiałów ulega szybkiemu rozkładowi w środowisku zasadowym w wyniku reakcji z jonami wodorotlenkowymi. Nowy materiał opracowany przez zespół międzynarodowy pozwala skutecznie ograniczyć ten problem. Dzięki wprowadzeniu grup sulfonowych membrana SOPBI zachowuje stabilność chemiczną i mechaniczną nawet w wysokich temperaturach (do 80°C) oraz w szerokim zakresie stężeń alkalicznych roztworów – od 0,1 procent aż do 30 procent.
Zespół naukowców z Uniwersytetu Jagiellońskiego, w skład którego weszli prof. Artur Michalak, doktorantka Olga Żurowska oraz studentka Maria Rózga, odpowiadał za obliczenia kwantowo-chemiczne, które pozwoliły zrozumieć mechanizmy degradacji SOPBI na poziomie molekularnym. Wyniki tych analiz umożliwiły określenie zależności między strukturą a stabilnością materiału, co ma kluczowe znaczenie dla jego dalszego rozwoju i optymalizacji.
Odkrycie to otwiera nowe perspektywy dla zrównoważonej produkcji wodoru, pozwalając na tworzenie bardziej trwałych i ekonomicznych systemów elektrolizy. Zastosowanie polimerów takich jak SOPBI może w przyszłości przyczynić się do szerszego wdrożenia technologii wodorowych w przemyśle energetycznym, a tym samym do przyspieszenia globalnej transformacji w kierunku czystych źródeł energii.
Wyniki badań zostały opublikowane także w czasopiśmie „Nature Energy”
Źródło: Uniwersytet Jagielloński w Krakowie
Czytaj też: Materiał, który wie co robić. Odkrycie naukowców z Krakowa
Grafika tytułowa: CDC / Unsplash
