Các nhà nghiên cứu đã phát triển một phương pháp để cải thiện khả năng thuận nghịch và độ bền của các điện cực sử dụng chất xúc tác hợp kim bạch kim-niken hai chức năng với cấu trúc bát diện thể hiện cả phản ứng khử và tạo oxy. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Vật liệu năng lượng tiên tiến .
Sơ đồ hoạt động của pin nhiên liệu tái tạo được Unitized. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc
Chất xúc tác nhị chức năng là thế hệ chất xúc tác mới sản xuất đồng thời hydro và oxy từ nước bằng một chất xúc tác duy nhất.
Hiện nay, các hệ thống điện hóa như công nghệ điện phân nước và CCU (thu giữ và sử dụng carbon dioxide) sử dụng các chất xúc tác riêng biệt cho cả hai điện cực, dẫn đến chi phí sản xuất hydro cao. Các chất xúc tác nhị chức năng có thể được tổng hợp trong một quy trình sản xuất duy nhất đang thu hút sự chú ý như một công nghệ có thể giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả kinh tế của công nghệ chuyển đổi năng lượng điện hóa.
Tuy nhiên, vấn đề với chất xúc tác hai chức năng là sau mỗi phản ứng điện hóa tạo ra hydro và oxy, hiệu suất của các phản ứng khác sẽ giảm do sự thay đổi cấu trúc của vật liệu điện cực. Vì vậy, để thương mại hóa xúc tác hai chức năng, điều quan trọng là phải đảm bảo tính thuận nghịch và độ bền để có thể duy trì cấu trúc xúc tác trong thời gian dài sau phản ứng.
Sự thay đổi cấu trúc của bạch kim ở mỗi bước phản ứng bằng phương pháp quang phổ quang điện tử tia X và quang phổ hấp thụ tia X tại chỗ. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn QuốcĐể nâng cao khả năng thuận nghịch và độ bền của chất xúc tác hai chức năng, nhóm nghiên cứu đã tổng hợp các chất xúc tác hợp kim có cấu trúc khác nhau bằng cách trộn bạch kim và niken, tương ứng có hiệu suất cao trong các phản ứng khử và tạo oxy.
Kết quả cho thấy tương tác niken-bạch kim diễn ra tích cực nhất trong cấu trúc bát diện và các chất xúc tác hợp kim hoạt động tốt hơn gấp đôi so với các khối bạch kim và niken trong các phản ứng khử và tạo oxy.
Các nhà nghiên cứu đã xác định oxit bạch kim được tạo ra trong phản ứng thế hệ lặp lại của chất xúc tác hợp kim là nguyên nhân làm giảm hiệu suất và phát triển phương pháp phục hồi cấu trúc để khử oxit bạch kim thành bạch kim.
Nhóm nghiên cứu đã xác nhận qua kính hiển vi điện tử truyền qua rằng phương pháp này đã khôi phục hình dạng của chất xúc tác và trong các thí nghiệm lò phản ứng diện rộng để thương mại hóa, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc khôi phục hình dạng chất xúc tác và tăng hơn gấp đôi thời gian chạy.
Các chất xúc tác nhị chức năng và phương pháp phục hồi cấu trúc của nhóm dự kiến sẽ đẩy nhanh quá trình thương mại hóa công nghệ pin nhiên liệu tái tạo đơn vị (URFC) bằng cách thay thế các chất xúc tác riêng biệt cho phản ứng tiến hóa và khử oxy bằng chất xúc tác nhị chức năng. URFC có thể sản xuất cả hydro và điện có thể giảm chi phí sản xuất bằng cách giảm đầu vào các chất xúc tác đắt tiền trong khi vẫn duy trì hiệu suất.
Nghiên cứu này là kết quả của sự hợp tác giữa Tiến sĩ Hyung-Suk Oh và Tiến sĩ Woong-Hee Lee thuộc Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Sạch tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) và POSTECH và Đại học Yonsei.
Hyung-suk Oh, trưởng nhóm nghiên cứu tại KIST cho biết: “Công nghệ cải thiện khả năng đảo ngược và độ bền của chất xúc tác đã mang lại hướng đi mới cho sự phát triển của chất xúc tác nhị chức, đây là công nghệ quan trọng cho hệ thống chuyển đổi năng lượng điện hóa”.
"Nó sẽ góp phần thương mại hóa và tính trung hòa carbon của các hệ thống điện hóa như URFC trong tương lai."
Mời đối tác xem hoạt động của Pacific co.ltd:
Fanpage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLtd
