ในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในThe Journal of Physical Chemistry Lettersนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Tsukuba ได้เปิดเผยการขนส่งโปรตอนอย่างต่อเนื่อง - การถ่ายโอนพลังงาน - ในคริสตัลขั้นสูงที่ใช้คาร์บอนสำหรับเซลล์เชื้อเพลิงในอนาคตและเคมีที่เป็นรากฐานของปรากฏการณ์นี้

ผลึกดังกล่าวน่าตื่นเต้นเช่นเดียวกับอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง - สื่อการถ่ายเทพลังงาน - ในเทคโนโลยีเซลล์เชื้อเพลิงที่กำลังจะมีขึ้น อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งมีข้อดี เช่น ประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงและความเสถียรในระยะยาว ซึ่งอิเล็กโทรไลต์บางส่วนขาดหายไป อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งจากอิมิดาโซลเป็นจุดสนใจทั่วไปของการศึกษา นักวิจัยตั้งสมมติฐานว่าผลึกของอิมิดาโซเลียมไฮโดรเจนซัคซิเนตสามารถแสดงการขนส่งโปรตอนต่อเนื่องหรือที่เรียกว่าโปรตอนกระโดด ในปัจจุบัน เรื่องนี้ยังไม่ได้รับการยืนยันอย่างเข้มงวด ซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Tsukuba ตั้งเป้าที่จะกล่าวถึง

"งานในห้องปฏิบัติการและการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่หลากหลายสอดคล้องกับการขนส่งโปรตอนแบบทิศทางเดียวในผลึกของอิมิดาโซเลียมไฮโดรเจนซัคซิเนต" ศาสตราจารย์ Yuta Hori หัวหน้าและผู้เขียนอาวุโสกล่าว "เนื่องจากสมมติฐานนี้ต้องมีการทดสอบเพิ่มเติม เราจึงคำนวณพลังงานโมเลกุลกับเรขาคณิตของโมเลกุลของผลึก และเปรียบเทียบผลลัพธ์ของเรากับข้อมูลการทดลอง"

เมื่อต้องการทำเช่นนี้ นักวิจัยได้ศึกษาโครงสร้างผลึกที่รู้จักเพื่อตรวจสอบโครงสร้างทางเคมีที่เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน ไดนามิกของไฮโดรเจนบนพันธะเหล่านี้ช่วยอำนวยความสะดวกในการขนส่งโปรตอนภายในผลึก และสามารถกำหนดลักษณะการทดลองได้ด้วยอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี

"ผลการตรวจสเปกโทรสโกปีชัดเจน" Hori อธิบาย "เราพบว่าที่อุณหภูมิ 100°C เมื่อเทียบกับ 30°C มีการเปลี่ยนแปลงไปสู่พลังงานที่สูงขึ้นในจุดสูงสุดที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งโปรตอน"

นอกจากนี้ พีคที่คำนวณได้ของนักวิจัย - ซึ่งสอดคล้องกับหน่วยเคมีที่มีส่วนอย่างมากต่อพันธะไฮโดรเจน - สอดคล้องกับข้อมูลการทดลอง

"เราใช้ผลลัพธ์เหล่านี้เพื่อสร้างแบบจำลองที่ติดตามว่าโปรตอนถูกถ่ายโอนจากหน่วยอิมิดาโซลหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่งได้อย่างไร" Hori กล่าว "พื้นผิวพลังงานศักย์ที่คำนวณได้ของเราให้ข้อมูลทางเรขาคณิตและพลังงานที่สอดคล้องกับโปรตอนกระโดด"

เซลล์เชื้อเพลิงถูกนำมาใช้ในปัจจุบันเพื่อขับเคลื่อนโครงสร้างพื้นฐานและเทคโนโลยีโยธาที่หลากหลาย และโดยทั่วไปแล้วจะปล่อยก๊าซเรือนกระจกเพียงเล็กน้อย การปรับปรุงประโยชน์ของเซลล์เชื้อเพลิงในการใช้งานที่หลากหลายมากขึ้น ส่วนหนึ่งเกิดจากการทำความเข้าใจวิธีการทำงาน จะช่วยลดการใช้พลังงานที่สูญเปล่าให้เหลือน้อยที่สุดในปีต่อๆ ไป