Проницаемость для протонов монослоя природной слюды оказалась в 100 раз выше, чем у графена. Это открытие, сделанное международной группой ученых под руководством лауреата Нобелевской премии Андрея Гейма, изменит технологии изготовления топливных элементов. Топливные элементы предназначены для преобразования химической энергии в электрическую, наподобие гальванических батареек. В отличие от последних, в топливных ячейках вещество может подаваться извне. Обычно это водород. Слюда состоит из слоев, которые отделяются друг от друга механическим способом. Таким образом можно получить монослой толщиной в несколько атомов.
Преобразование энергии построено на принципе проницаемости некоторых двухмерных кристаллов для протонов и непроницаемости для молекул. Значительные пустоты в кристаллической решетке позволяет единичным протонам (ионам водорода) проникать сквозь мембрану. На аноде водород теряет электрон и распадается на два протона, которые устремляются к катоду сквозь протонообменную мембрану. На катоде протоны забирают электрон обратно и, соединяясь с кислородом, превращаются в воду. В результате переноса электронов возникает электрический ток.
В настоящее время для протонообменных мембран используют полимеры. Но уже при температуре в 100°C их протонная проницаемость сильно снижается. Слюда лишена этого недостатка, что делает ее перспективным материалом для использования в топливных элементах, которым предстоит работать при высокотемпературных условиях. Проводниками для протонов в кристаллах слюды служат трубчатые каналы с гидроксильными группами — по подобным каналам свободные протоны перемещаются в воде.
Андрей Гейм отметил, что на этом работа его группы не завершилась. Теперь исследователи начнут поиск других материалов, обладающих теми же свойствами, что и слюда.
