Một nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công công nghệ phủ chất xúc tác giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) chỉ trong bốn phút.
Sơ đồ minh họa quá trình phủ điện hóa trên điện cực LSM–YSZ của SOFC. Nguồn: Viện Nghiên cứu Năng lượng Hàn Quốc (KIER)a
Tiến sĩ Yoonseok Choi từ Phòng thí nghiệm Vật liệu Hội tụ Hydro tại Viện Nghiên cứu Năng lượng Hàn Quốc (KIER), phối hợp với Giáo sư WooChul Jung từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại KAIST và Giáo sư Beom-Kyung Park từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu. Kỹ thuật tại Đại học Quốc gia Pusan, dẫn đầu nghiên cứu.
Phát hiện của họ đã được công bố trên Advanced Materials .
Pin nhiên liệu đang thu hút sự chú ý vì là thiết bị năng lượng sạch và hiệu quả cao thúc đẩy nền kinh tế hydro. Trong số đó, pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC), có hiệu suất phát điện cao nhất, có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau như hydro, khí sinh học và khí tự nhiên. Chúng cũng cho phép tạo ra nhiệt và điện kết hợp bằng cách tận dụng nhiệt sinh ra trong quá trình, khiến chúng trở thành đối tượng nghiên cứu và phát triển tích cực.
Hiệu suất của pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) phần lớn được xác định bởi động học của phản ứng khử oxy (ORR) xảy ra ở điện cực không khí (cực âm). Tốc độ phản ứng ở điện cực không khí chậm hơn tốc độ phản ứng ở điện cực nhiên liệu (cực dương), do đó hạn chế tốc độ phản ứng tổng thể.
Để khắc phục động học chậm chạp này, các nhà nghiên cứu đang phát triển vật liệu điện cực không khí mới có hoạt tính ORR cao. Tuy nhiên, những vật liệu mới này nhìn chung vẫn thiếu tính ổn định hóa học nên cần phải nghiên cứu liên tục.
Thay vào đó, nhóm nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao hiệu suất của điện cực tổng hợp LSM-YSZ, một loại vật liệu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp nhờ tính ổn định tuyệt vời. Kết quả là, họ đã phát triển một quy trình phủ để sử dụng chất xúc tác praseodymium oxit (PrO x ) có kích thước nano trên bề mặt của điện cực tổng hợp, giúp thúc đẩy tích cực phản ứng khử oxy. Bằng cách áp dụng quy trình phủ này, họ đã cải thiện đáng kể hiệu suất của pin nhiên liệu oxit rắn.
Nhóm nghiên cứu đã giới thiệu một phương pháp lắng đọng điện hóa hoạt động ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển, không yêu cầu thiết bị hoặc quy trình phức tạp. Bằng cách nhúng điện cực tổng hợp vào dung dịch chứa ion praseodymium (Pr) và cho một dòng điện chạy vào, các ion hydroxit (OH - ) được tạo ra ở bề mặt điện cực sẽ phản ứng với các ion praseodymium, tạo thành kết tủa bao phủ đồng đều điện cực.
Lớp phủ này trải qua quá trình sấy khô, chuyển hóa thành oxit ổn định và thúc đẩy hiệu quả phản ứng khử oxy của điện cực trong môi trường nhiệt độ cao. Toàn bộ quá trình phủ chỉ mất bốn phút.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã làm sáng tỏ cơ chế mà chất xúc tác nano được phủ thúc đẩy quá trình trao đổi oxy và dẫn ion trên bề mặt. Họ cung cấp bằng chứng cơ bản rằng phương pháp phủ chất xúc tác có thể giải quyết tốc độ phản ứng thấp của điện cực tổng hợp.
Bằng cách vận hành điện cực tổng hợp phủ chất xúc tác đã phát triển và điện cực tổng hợp thông thường trong hơn 400 giờ, nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy điện trở phân cực đã giảm đi 10 lần. Ngoài ra, SOFC sử dụng điện cực được phủ này có mật độ công suất cực đại cao hơn ba lần (142 mW/cm 2 → 418 mW/cm 2 ) so với trường hợp không được phủ, ở nhiệt độ 650 độ C. Điều này thể hiện hiệu suất cao nhất được báo cáo đối với SOFC sử dụng điện cực tổng hợp LSM-YSZ trong tài liệu.
Tiến sĩ Choi, đồng tác giả, cho biết: "Kỹ thuật lắng đọng điện hóa mà chúng tôi phát triển là một quá trình hậu kỳ không ảnh hưởng đáng kể đến quy trình sản xuất SOFC hiện tại. Điều này mang lại hiệu quả kinh tế cho việc giới thiệu các chất xúc tác nano oxit, nâng cao khả năng ứng dụng công nghiệp của nó." .
“Chúng tôi đã đảm bảo một công nghệ cốt lõi có thể áp dụng không chỉ cho SOFC mà còn cho các thiết bị chuyển đổi năng lượng khác nhau, chẳng hạn như điện phân ở nhiệt độ cao (SOEC) để sản xuất hydro.”
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
