日本熊本大學的研究人員開發出一種源自豐富自然粘土礦物的固體電解質材料。這種創新膜具備雙重優勢：高質子導電性和氫氣屏障性質。這些特點可能會促使一種新一代高效且可持續的低至中溫燃料電池的發展。研究作者之一的伊田進太郎教授表示：「這是朝著可持續、高性能燃料電池邁出的重要一步，這些電池不再依賴昂貴或對環境造成負擔的材料。」
伊田教授在9月24日的新聞稿中補充道，這種原材料——膨潤土（montmorillonite clay）豐富且成本低廉，使這項技術在可擴展的環保能源解決方案方面具有實際潛力。這種創新的柔性膜是由單層矽酸鹽納米片製成的。燃料電池長期以來受到需要操作溫度超過500°C的質子導電氧化物的限制，這一高溫要求嚴重限制了該技術的應用，尤其是在緊湊或移動系統中。熊本團隊在助理教授畠山和人及伊田教授的帶領下，試圖解決這一現存問題。
研究人員開發出一種由單層矽酸鹽納米片組成的柔性固體電解質。這種創新材料在各種溫度下都能良好導電，從寒冷到高溫，其性能可與標準燃料電池材料如Nafion相媲美，甚至有時表現更佳。新聞稿中提到：「這種材料在100%相對濕度下於10°C實現了2.3×10⁻³ S/cm的質子導電率，在100°C時為6.2×10⁻³ S/cm，在140°C時為8.7×10⁻³ S/cm，這一表現與當前的聚合物基電解質如Nafion相當或超過。」
這種材料在測試中顯示出良好的前景，其主要特點在於「雙重性能」。首先，它能有效地導電，這是燃料電池膜的主要功能，允許正離子流動以產生電力。但真正使其與眾不同的是其第二個同樣重要的功能：它能作為氫氣的優越屏障。這層膜能以超過Nafion百倍的效率阻擋氫氣，這一優勢提高了燃料電池的安全性，防止危險的漏氣情況發生。這種性能的組合對於增強燃料電池的安全性、最大化效率以及延長設備的運行壽命至關重要。
在氫燃料電池中使用時，這種膜在90°C的溫度下表現良好，產生了高電流和功率輸出。具體而言，其達到了1080 mA/cm²的最大電流密度和264 mW/cm²的功率輸出，證明了該材料在實際應用中的有效性。此外，這種燃料電池能夠應對極端的溫度變化，從嚴寒（-10°C）到高熱（140°C）都能平穩運行。有趣的是，這一溫度特性可能使該技術非常適合於多種應用，從寒冷氣候的車輛部署到高需求的工業和汽車環境。團隊表示，利用豐富且價格低廉的粘土礦物如膨潤土，使其成為未來能源應用的可擴展和可持續解決方案，解決傳統高溫燃料電池的限制。
