Proton değişim membran (PEM) yakıt hücrelerinin performansını düşüren amonyak zehirlenmesi mekanizması, atomik düzeyde yapılan simülasyonlarla açığa çıkarıldı. Bu temiz enerji teknolojisinin yaygınlaşması için kritik olan bu keşif, yakıt hücrelerinin daha dayanıklı hale getirilmesi yolunda önemli ipuçları sunuyor.
Moleküler dinamik simülasyonlar kullanılarak gerçekleştirilen araştırma, amonyağın yakıt hücrelerinde üç farklı mekanizmayla zarar verdiğini ortaya koydu. İlk olarak, amonyum iyonları polimer zincirlerindeki sülfon asit gruplarından hidronyum iyonlarını uzaklaştırıyor ve onların yerini alıyor. Bu süreç, van der Waals kuvvetleri ve elektrostatik etkileşimlerle gerçekleşiyor.
İkinci mekanizma daha karmaşık: amino ve imino iyonları hidronyum iyonlarını yakalayarak güçlü iyon kümeleri oluşturuyor. Bu kümeler hidronyum iyonlarını absorbe etme konusunda son derece etkili ve yapıları sıcaklık ile amonyak konsantrasyonuna göre değişiyor. Kümelerin oluşumundaki temel neden, iyonlar arasında kurulan görece kararlı hidrojen bağları.
Üçüncü olarak, bu iyon kümeleri proton taşımacılığını engelleyerek yakıt hücresinin elektriksel performansını düşürüyor. Bulgular, yakıt hücrelerinin amonyak kirliliklerine karşı daha dirençli tasarımlar geliştirilmesi için temel bilgi sağlıyor.