Подобрана оптимальная атомная структура для протонных проводников

МОСКВА, 15 декабря. /ТАСС/. Американские физики разработали детальную компьютерную модель протонного проводника - особого материала, способного транспортировать ионы водорода - и просчитали с ее помощью оптимальное расположение пар атомов кислорода, участвующих в передаче эти ионов. Результаты этих расчетов позволят создать топливные элементы с очень высоким КПД, сообщила пресс-служба Массачусетского технологического института (MIT).

"Результаты наших расчетов можно использовать для поиска интересных протонных проводников в уже существующих крупных материаловедческих базах данных, а также для создания новых материалов, если подходящие по свойствам проводники еще не существуют. Их разработка позволит нам сделать огромный шаг в увеличении эффективности и жизнеспособности "зеленой" энергетики, а также протонных вычислительных систем", - заявила профессор MIT Билге Йылдыз, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как объясняют физики, за последние несколько десятилетий химики создали большое число материалов, способных избирательным образом пропускать через себя протоны - ионы водорода - и не пропускать другие вещества. Подобные материалы, которые ученые называют протонными проводниками, активно используются при создании топливных элементов, каталитических систем и для решения других промышленных и научных задач.

Главным минусом этих материалов является то, что они или быстро разрушаются в процессе эксплуатации, или же работают при очень высоких температурах, составляющих более 400 градусов Цельсия. Это связано с тем, что при более слабом нагреве окружающей среды протоны движутся через толщу проводников с очень медленной скоростью, что ограничивает мощность топливных элементов и пропускную способность каталитических систем.

Физики создали детальную математическую модель, которая описывает процесс движения ионов водорода через толщу протонного проводника с учетом его структуры, температуры окружающей среды и других параметров. Используя этот набор формул, ученые просчитали то, как различные особенности в составе и характере связей между атомами протонного проводника влияют на скорость движения ионов.

Эти расчеты показали, что на эффективность работы протонных проводников больше всего влияют два параметра - длина связей между ионами водорода и другими атомами, а также расстояние между соседними парами атомов кислорода и уровень "гибкости" их соединения с другими элементами. Понимание этого поможет отобрать наиболее эффективные протонные проводники из уже существующих материалов, а также создать принципиально новые вещества с данными свойствами, подытожили физики.