Kunstmatige long maakt brandstof van water

Longen zijn zeer geavanceerde organen voor tweeweg gasuitwisseling. Bij elke inademing komt lucht via de bronchiën in minuscule longblaasjes. Van daar moet het het bloed verrijken zonder te diffunderen, waarbij er bellen zouden ontstaan.

Het zijn de longblaasjes met hun membraan van slechts een micron dik die watermoleculen aan de binnenkant afstoten terwijl ze ze aan de buitenkant aantrekken en zo, terwijl ze diffusie voorkomen, zorgen voor een uiterst efficiënte uitwisseling van gas.

Wetenschappers van Yi Cui’s lab hebben dit als inspiratiebron genomen bij de ontwikkeling van betere elektrokatalysatoren: materialen die de chemische reactie aan de elektrode versnellen. "Tot nu toe was het al wel mogelijk om de reagentia (gassen) snel aan te leveren, maar om het proces in de tegenovergestelde richting op een efficiënte wijze uit te voeren blijft lastig", zegt eerste auteur Jun Li van het onderzoek.

Het team heeft nu een mechanisme gemaakt dat constructies op het longblaasje lijkt en dat ook twee processen uitvoert. Het eerste lijkt op de uitademing. Het mechanisme spltitst water in waterstof en zuurstof. Het zuurstofgas wordt daarbij snel afgevoerd door een dun membraan van polyethyleen, zonder bellen te vormen.

Het tweede deel lijkt op de inademing. Zuurstof wordt aangeleverd bij de kathode, waar het dient als reagens voor de elektrochemische reacties.

Het ultradunne polyethyleen membraan blijft langer hydrofoob dan de bekende membranen en de stroomdichtheid is groter bij en kleinere overspanning. Het membraan is echter niet bestand tegen temperaturen boven de 100 °C. Het team gaat daarom nu op zoek naar andere membranen. Ook willen ze andere elektrokatalysatoren proberen om te kijken of ze nog tot een beter resultaat kunnen komen.