Một nhóm nghiên cứu đã phát triển một phương pháp tổng hợp mới có thể làm giảm đáng kể nhiệt độ thiêu kết cần thiết cho quá trình cô đặc chất điện phân trong các cell gốm proton hiệu suất cao thế hệ tiếp theo. Công trình của họ được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials.
(A) Vật liệu bột điện phân một pha thể hiện sự phát triển hạt theo các đặc tính thiêu kết vốn có của nó khi nhiệt độ tăng. (B) Bột điện phân hai pha, bao gồm hai pha có đặc tính thiêu kết cao và thấp, đẩy nhanh các đặc tính thiêu kết ban đầu vì một pha quyết định quá trình thiêu kết ban đầu, trong khi pha chịu lửa còn lại trải qua quá trình phát triển hạt thông qua hiện tượng chín Ostwald, cuối cùng hình thành một pha đơn. Tín dụng: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc
Các ô oxit rắn (SOC) hiện có có thể tạo ra điện trong hoạt động của pin nhiên liệu và hydro trong hoạt động điện phân. Đáng chú ý là chúng hoạt động ở nhiệt độ cao trên 600°C, mang lại hiệu suất chuyển đổi năng lượng cao hơn so với các loại pin nhiên liệu khác. Tuy nhiên, nhược điểm là chi phí sản xuất cao do cần vật liệu có thể chịu được nhiệt độ cao, cũng như hiệu suất giảm dần theo thời gian do suy giảm nhiệt.
Gần đây, các tế bào gốm proton (PCC), sử dụng vận chuyển proton (ion hydro) thay vì ion oxy, đã nổi lên như các thiết bị chuyển đổi năng lượng thế hệ tiếp theo như pin nhiên liệu và máy điện phân. Không giống như các chất điện phân dẫn ion oxy thông thường, PCC vận chuyển các ion hydro nhỏ hơn, cho phép độ dẫn ion cao hơn.
Tuy nhiên, để sản xuất chất điện phân cho PCC, cần phải thiêu kết ở nhiệt độ trên 1.500°C. Trong quá trình này, sự bay hơi hoặc kết tủa của các thành phần xảy ra, làm giảm tính chất dẫn ion của chất điện phân, đây là một trở ngại lớn đối với việc thương mại hóa PCC.
Để hạ thấp nhiệt độ thiêu kết, nhóm nghiên cứu đã phát triển một quy trình mới để tổng hợp vật liệu điện phân. Thông thường, chất điện phân cho các tế bào gốm proton được sản xuất bằng cách thiêu kết bột gồm một hợp chất duy nhất. Tuy nhiên, khi sử dụng chất phụ gia để hạ thấp nhiệt độ thiêu kết, chất phụ gia còn sót lại có thể vẫn còn trong chất điện phân, làm giảm mật độ công suất của tế bào.
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng, bằng cách tổng hợp bột chứa hai hợp chất khác nhau thông qua quá trình tổng hợp ở nhiệt độ thấp, một hợp chất duy nhất có đặc tính thiêu kết tuyệt vời được hình thành trong quá trình thiêu kết đi kèm với phản ứng thành pha đơn. Điều này cho phép nhiệt độ thiêu kết giảm xuống 1.400°C mà không cần phụ gia.
Chất điện phân gốm proton được tổng hợp thông qua quy trình mới này tạo thành một màng dày đặc ngay cả ở nhiệt độ thấp hơn, tăng cường các đặc tính điện hóa của pin. Khi được áp dụng cho các pin gốm proton thực tế, chất điện phân này đã chứng minh được độ dẫn proton vượt trội, đạt được mật độ công suất 950mW/cm2 ở 600°C—gấp đôi mật độ công suất của các pin hiện có.
Điều này dự kiến sẽ giảm thời gian xử lý và đồng thời cải thiện độ ổn định nhiệt và hiệu suất của chất điện phân gốm. Nhóm nghiên cứu có kế hoạch áp dụng quy trình mới này, sử dụng quá trình thiêu kết tăng tốc giữa hai hợp chất, để sản xuất các ô diện tích lớn nhằm thương mại hóa các ô gốm proton.
Các nhà nghiên cứu bao gồm Tiến sĩ Ho-Il Ji từ Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Năng lượng Hydro thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST), cùng với nhóm của Giáo sư Sihyuk Choi từ Viện Công nghệ Quốc gia Kumoh.
Tiến sĩ Ji của KIST cho biết, "Nghiên cứu này đã giải quyết được các vấn đề thiêu kết mãn tính trong quá trình sản xuất pin gốm proton. Nếu công nghệ diện tích lớn được phát triển thành công, nó sẽ cho phép quản lý năng lượng hiệu quả thông qua sản xuất hydro xanh thông qua điện phân và sản xuất hydro hồng bằng cách sử dụng nhiệt thải từ các nhà máy điện hạt nhân."
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
