Sel membran pertukaran proton (ＰＥＭＦＣ) merupakan teknologi energi berkelanjutan dan efisien tinggi. Perakitan elektroda membran, sebagai komponen intinya, menentukan kinerja keseluruhan baterai, sementara membran pertukaran proton memainkan peran kritis dalam konduksi proton, pemisahan gas, dan efisiensi. Produksi ＰＥＭ saat ini terutama mengandalkan metode pengecoran larutan, yang memiliki masalah seperti ketebalan tidak merata dan kesulitan mengontrol mikrostruktur. Meskipun teknik modifikasi polimer telah dieksplorasi, kinerja dan stabilitas jangka panjang dalam aplikasi praktis masih perlu ditingkatkan. ＰＥＭＦＣ suhu tinggi, yang beroperasi pada suhu lebih tinggi (１２０°–２００°Ｃ), menawarkan keunggulan seperti tidak memerlukan manajemen air yang rumit, toleransi terhadap bahan bakar hidrogen tidak murni, dan kemampuan mengintegrasikan panas buangan, menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi energi. Namun, masalah utama dengan ＰＥＭ yang didoping asam fosfat adalah pelindian ＰＡ, yang menyebabkan degradasi lapisan katalis dan penurunan efisiensi.
Baru-baru ini, sebuah tim dari University College London mengembangkan sistem membran nanofiber dengan peningkatan struktural dan antarmuka sinergis. Temuan mereka diterbitkan di Science Advances (ＩＦ＝１２．５, sitasi: Sci. Adv. 11, eadw5747 (2025)) dengan judul “Membran nanofiber untuk peningkatan kinerja dan optimasi sel bahan bakar membran pertukaran proton.” Melalui struktur nanofiber dan rekayasa permukaan, tim menyeimbangkan konduktivitas proton, kekuatan mekanik, dan kinerja elektrokimia dalam membran. Yang patut dicatat, membran nanofiber berstruktur sandwich menunjukkan kinerja luar biasa, mencapai kepadatan daya puncak 942 mW cm⁻² setelah 100 jam pengujian stres dipercepat, secara signifikan melampaui 520 mW cm⁻² membran komersial konvensional. Karakterisasi elektrokimia mengungkapkan konduktivitas proton sebesar 40,4 mS cm⁻¹, lebih tinggi dari 17,5 mS cm⁻¹ membran komersial.
Studi ini menggunakan metode analitis multi-skala, termasuk tomografi terkomputasi sinar-X dan simulasi multifase, untuk mengungkap peningkatan dalam kinerja membran, stabilitas lapisan katalis, dan pembentukan batas tiga fase yang difasilitasi oleh membran nanofiber, sehingga mendorong transportasi muatan dan massa yang efisien. Tim juga melakukan evaluasi elektrokimia terhadap MEA PBI NFM berpori yang dimodifikasi permukaan dan SSNFM (pada 160°C, anoda: H₂ 100 ml menit⁻¹, katoda: O₂ 100 ml menit⁻¹), yang menunjukkan kinerja sangat baik dalam hal variasi tegangan rangkaian terbuka (OCV), kurva polarisasi, dan stabilitas uji tekanan dipercepat (AST). Strategi desain membran yang diusulkan dalam penelitian ini memberikan solusi penting untuk meningkatkan kinerja sel bahan bakar dalam aplikasi energi berkelanjutan.
