Протонный проводник — это электролит , как правило, твердый электролит , в котором основными носителями заряда являются H + [1] .
Состав
Кислотные растворы проявляют протонную проводимость , в то время как чистые протонные проводники обычно являются сухими твердыми веществами. Типичные материалы - полимеры или керамика. Обычно поры в практических материалах малы, так что протоны доминируют в постоянном токе , а транспорт катионов или объемного растворителя предотвращается. Водяной лед - распространенный пример чистого протонного проводника, хотя и относительно плохой. [2] Было показано, что особая форма водяного льда, суперионная вода , проводит гораздо более эффективно, чем обычный водяной лед. [3]
Протонная проводимость также наблюдалась в новом типе протонных проводников для топливных элементов – протонных органических ионных пластиковых кристаллах (POIPC), таких как 1,2,4-триазолий перфторбутансульфонат [5] и имидазолий метансульфонат [6] . В частности, высокая ионная проводимость 10 мСм/см достигается при 185 °C в пластической фазе имидазолий метансульфоната.
В форме тонких мембран протонные проводники являются неотъемлемой частью небольших недорогих топливных элементов . Полимерный нафион является типичным протонным проводником в топливных элементах. Желеобразное вещество, похожее на нафион, находящееся в ампулах Лоренцини акул, имеет протонную проводимость лишь немного ниже, чем у нафиона. [7] [8]
Высокая протонная проводимость была зарегистрирована среди щелочноземельных цератов и перовскитных материалов на основе цирконата , таких как легированные акцептором SrCeO 3 , BaCeO 3 и BaZrO 3 . [9] Относительно высокая протонная проводимость была также обнаружена в редкоземельных орто-ниобатах и ортотанталатах, а также в редкоземельных вольфраматах. [10]
Ссылки
^ Традиционно, хотя и не совсем точно, ионы H + называют « протонами ».
^ Sugimura, Emiko; Komabayashi, Tetsuya; Ohta, Kenji; Hirose, Kei; Ohishi, Yasuo; Dubrovinsky, Leonid S. (2012-11-21). "Экспериментальные доказательства суперионной проводимости во льду H 2 O". The Journal of Chemical Physics . 137 (19): 194505. Bibcode : 2012JChPh.137s4505S. doi : 10.1063/1.4766816. hdl : 20.500.11820/72f4ed9b-47ba-450d-9ba9-9ca5df9f21f7 . ISSN 0021-9606. PMID 23181324. S2CID 44731086.
^ SE Rogers & AR Ubbelohde (1950). «Плавление и структура кристаллов III: легкоплавкие кислые сульфаты». Труды Фарадейского общества . 46 : 1051–1061. doi :10.1039/tf9504601051.
^ Цзяншуй Ло; Аннеметт Х. Йенсен; Нил Р. Брукс; Йерун Сникерс; Мартин Книппер; Дэвид Айли; Цинфэн Ли; Брэм Ванрой; Михаэль Вюббенхорст; Фэн Янь; Люк Ван Мирвельт; Чжиган Шао; Цзяньхуа Фан; Чжэн-Хун Ло; Дирк Э. Де Вос; Коэн Биннеманс; Ян Франсаер (2015). "1,2,4-Триазолийперфторбутансульфонат как архетипический чистый протонный органический ионный пластиковый кристаллический электролит для полностью твердотельных топливных элементов". Энергетика и наука об окружающей среде . 8 (4): 1276. doi :10.1039/C4EE02280G.
^ Цзяншуй Ло, Олаф Конрад и Иво Ф. Дж. Ванкелеком (2013). «Метансульфонат имидазолия как высокотемпературный протонный проводник». Журнал химии материалов A. 1 ( 6): 2238. doi :10.1039/C2TA00713D.
^ Сара Каплан (2021-10-27) [2016-05-16]. «Электрочувствительные органы акул даже мощнее, чем мы думали». The Washington Post . Вашингтон, округ Колумбия ISSN 0190-8286. OCLC 1330888409.[ пожалуйста, проверьте эти даты ]
^ Эрик Э. Джосбергер; Пега Хасанзаде; Инсинь Дэн; Джоэл Сон; Майкл Дж. Рего; Крис Т. Амемия и Марко Роланди (2016). «Протонная проводимость в ампулах желе Лоренцини». Достижения науки . 2 (5): 1–6. Бибкод : 2016SciA....2E0112J. дои : 10.1126/sciadv.1600112 . ПМЦ 4928922 . ПМИД 27386543.
^ KD Kreuer (2003). «Протонпроводящие оксиды». Annual Review of Materials Research . 33 : 333–359. Bibcode : 2003AnRMS..33..333K. doi : 10.1146/annurev.matsci.33.022802.091825.
^ Haugsrud, Reidar; Norby, Truls (1 марта 2006 г.). «Протонная проводимость в редкоземельных орто-ниобатах и орто-танталатах». Nature Materials . 5 (3): 193–196. Bibcode :2006NatMa...5..193H. doi :10.1038/nmat1591.
