Japonya’daki Kumamoto Üniversitesi araştırmacıları, bol miktarda bulunan montmorillonit kil minerali temel alınarak üretilen katı elektrolit bir membran geliştirdi. Ekip, tek katmanlı silikat nano tabakalarından oluşan esnek bir yapı tasarladı ve bunu yakıt hücresi zarlarının iki kritik fonksiyonunu aynı anda karşılayacak şekilde optimize etti: proton iletimi ve hidrojen gazı bariyeri.
Çalışmanın ortak yazarı Prof. Shintaro Ida, yeni zarın pahalı ya da çevreye zararlı malzemelere dayanmadan sürdürülebilir, yüksek performanslı yakıt hücrelerine doğru atılmış önemli bir adım olduğunu vurguluyor. Ida’ya göre, hammadde olan montmorillonit bol, düşük maliyetli ve ölçeklenebilir çözümler için uygun.
ÇİFTE PERFORMANS AVANTAJI
Geliştirilen katı elektrolit, soğuktan sıcağa geniş bir sıcaklık aralığında yüksek proton iletkenliği sergiliyor. Basın bülteninde paylaşılan sayısal değerlere göre membran, yüzde 100 bağıl nem altında:
• 10 °C’de 2,3×10⁻³ S/cm,
• 100 °C’de 6,2×10⁻³ S/cm,
• 140 °C’de 8,7×10⁻³ S/cm
iletkenlik sunuyor. Bu performans Nafion gibi endüstri standardı polimer bazlı elektrolitlerle karşılaştırılabilir düzeyde, bazı koşullarda daha da iyi.
HİDROJENE SIKI BARİYER
Membran aynı zamanda hidrojen gazına karşı üstün bariyer oluşturuyor. H₂ geçirgenliği, mevcut endüstri standardı Nafion’a göre 100 kat daha düşük. Bu sayede tehlikeli sızıntı riski azalıyor, güvenlik artıyor ve zarın çalışma ömrü ile sistemin enerji verimliliği destekleniyor.
GENİŞ SICAKLIK ARALIĞI
Yeni membran, −10 °C ile 140 °C arasında kararlı çalışabiliyor. Bu geniş sıcaklık aralığı, soğuk iklim araç uygulamalarından yüksek talep gören endüstriyel ve otomotiv ortamlarına kadar birçok senaryoda kullanım esnekliği sağlıyor. Araştırmacılar, özellikle düşük-orta sıcaklık yakıt hücrelerinde, geleneksel yüksek sıcaklık gereksinimlerinin (≥500 °C) getirdiği uygulama kısıtlarını aşmaya odaklanıyor.
YAKIT HÜCRESİNDE PERFORMANS
Hidrojen yakıt hücresine entegre edildiğinde membran, 90 °C çalışma sıcaklığında 1080 mA/cm² maksimum akım yoğunluğu ve 264 mW/cm² güç çıkışı üretti. Araştırma ekibi, bu sonuçların gerçek uygulamalarda etkinliği işaret ettiğini belirtiyor. Düşük H₂ sızıntısı güvenliği ve bileşen ömrünü, yüksek iletkenlik ise verimliliği artırıyor.
ÖLÇEKLENEBİLİR SÜRDÜRÜLEBİLİRLİK
Montmorillonit gibi yaygın ve ucuz kil minerallerinin kullanımı, yeni zarın kitle üretimi ve yaygın uygulaması için avantaj yaratıyor. Çalışmanın yazarları Prof. Shintaro Ida ve Yrd. Doç. Kazuto Hatakeyama liderliğindeki ekip, bu malzemenin yüksek sıcaklık kısıtlarını aşarak kompakt ve mobil sistemlerde yakıt hücrelerinin uygulanabilirliğini artırabileceğini ifade ediyor.
