As células a combustível de membrana de troca protônica (PEMFCs) são tecnologias energéticas sustentáveis e altamente eficientes. O conjunto de eletrodo de membrana (MEA), como seu componente central, determina o desempenho geral da bateria, enquanto a membrana de troca protônica (PEM) desempenha um papel crítico na condução de prótons, separação de gases e eficiência. A fabricação atual de PEMs depende principalmente de métodos de fundição por solução, que sofrem com problemas como espessura irregular e dificuldade em controlar a microestrutura. Embora técnicas de modificação de polímeros tenham sido exploradas, o desempenho e a estabilidade de longo prazo em aplicações práticas ainda precisam de melhorias. As PEMFCs de alta temperatura (HT-PEMFCs), operando em temperaturas elevadas (120°–200°C), oferecem vantagens como não necessitar de gerenciamento complexo de água, tolerância a combustível de hidrogênio impuro e a capacidade de integrar calor residual, tornando-as uma escolha ideal para aplicações energéticas. No entanto, um problema fundamental com PEMs dopadas com ácido fosfórico (PA) é a lixiviação de PA, que leva à degradação da camada catalisadora e à redução da eficiência.
Recentemente, uma equipe da University College London desenvolveu um sistema de membrana de nanofibras com melhorias estruturais e interfaciais sinérgicas. Suas descobertas foram publicadas na Science Advances (IF=12,5, citação: Sci. Adv. 11, eadw5747 (2025)) sob o título “Membranas de nanofibras para desempenho aprimorado e otimização de células a combustível de membrana de troca protônica.” Por meio da estrutura de nanofibras e da engenharia de superfície, a equipe equilibrou a condutividade protônica, a resistência mecânica e o desempenho eletroquímico na membrana. Notavelmente, a membrana de nanofibras de estrutura sanduíche (SSNFM) demonstrou desempenho excepcional, atingindo uma densidade de potência de pico de 942 mW cm⁻² após 100 horas de teste de estresse acelerado, superando significativamente os 520 mW cm⁻² das membranas comerciais convencionais. A caracterização eletroquímica revelou uma condutividade protônica de 40,4 mS cm⁻¹, superior aos 17,5 mS cm⁻¹ das membranas comerciais.
O estudo empregou métodos analíticos multiescala, incluindo tomografia computadorizada de raios X e simulações multifásicas, para revelar melhorias no desempenho da membrana, na estabilidade da camada catalisadora e na formação do limite trifásico facilitada pela membrana de nanofibras, promovendo assim o transporte eficiente de carga e massa. A equipa também realizou avaliações electroquímicas de MEAs de NFM poroso de PBI modificado na superfície e de SSNFM (a 160°C, ânodo: H₂ 100 ml min⁻¹, cátodo: O₂ 100 ml min⁻¹), que apresentaram um desempenho excelente em termos de variação da tensão de circuito aberto (OCV), curvas de polarização e estabilidade em testes de stress acelerado (AST). A estratégia de concepção de membranas proposta nesta investigação fornece uma solução importante para melhorar o desempenho das células de combustível em aplicações de energia sustentável.
