Un gruppo di scienziati cinesi ha sviluppato una nuova architettura per le celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEM) che, secondo i risultati sperimentali pubblicati sulla rivista Science, può arrivare a fornire circa quattro volte la potenza per unità di superficie rispetto alle soluzioni convenzionali. Il risultato è figlio di un intervento sul trasporto dei protoni all'interno dello strato catalitico, uno dei punti critici delle celle a idrogeno.
Le celle PEM operano normalmente a temperature comprese tra circa 60 e 80 °C e convertono in elettricità circa il 50-60% dell'energia contenuta nell'idrogeno. Durante il funzionamento, le molecole di idrogeno vengono separate all'anodo in elettroni e protoni. Gli elettroni percorrono un circuito esterno generando corrente, mentre i protoni attraversano la membrana elettrolitica e raggiungono il catodo, dove si combinano con ossigeno ed elettroni producendo acqua.
Il problema è che il passaggio dei protoni attraverso lo strato catalitico può essere rallentato dalla struttura stessa dei materiali. Il Nafion, utilizzato comunemente nelle membrane e nei sistemi PEM, può infatti circondare in modo molto denso i catalizzatori su scala nanometrica, rendendo meno efficiente il raggiungimento dei siti nei quali avvengono le reazioni.
