Nhóm nghiên cứu đã giảm lượng kim loại nhóm bạch kim đắt tiền cần thiết để tạo ra pin hiệu quả và tìm ra cách mới để thử nghiệm những đổi mới về pin nhiên liệu trong tương lai.
Khi thế giới chuyển sang sử dụng các nguồn năng lượng xanh hơn, nó cũng cần tìm ra cách dự trữ năng lượng cho những lúc mặt trời không chiếu sáng và gió không thổi.
Một đối thủ hàng đầu, pin nhiên liệu hydro, vừa nhận được sự thúc đẩy lớn nhờ nghiên cứu cơ bản bắt nguồn từ Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC của Bộ Năng lượng, Đại học Stanford và Viện Nghiên cứu Toyota (TRI), gần đây đã được áp dụng vào thực tiễn trong một thiết bị pin nhiên liệu thông qua sự hợp tác giữa Stanford và Viện Công nghệ Technion Israel.
Michaela Burke Stevens, nhà khoa học cộng tác của SLAC và Trung tâm Khoa học Giao diện và Xúc tác SUNCAT của Đại học Stanford và một trong những nhà nghiên cứu cho biết: “Pin nhiên liệu hydro thực sự có tiềm năng lớn trong việc lưu trữ và chuyển đổi năng lượng, sử dụng hydro làm nhiên liệu thay thế cho xăng”. của các tác giả cao cấp về nghiên cứu. “Nhưng việc chạy pin nhiên liệu vẫn khá tốn kém.”
Vấn đề, Burke Stevens cho biết, là pin nhiên liệu thường dựa vào chất xúc tác – chứa đầy các kim loại nhóm bạch kim đắt tiền (PGM) – giúp tăng cường phản ứng hóa học khiến hệ thống hoạt động. Điều đó khiến Burke Stevens và các đồng nghiệp của cô phải tìm cách làm cho chất xúc tác rẻ hơn, nhưng việc tạo ra sự thay đổi cơ bản như vậy đối với tính chất hóa học của pin nhiên liệu là một thách thức khó khăn: Các nhà khoa học thường tìm thấy một chất xúc tác hoạt động trong phòng thí nghiệm nhỏ của họ không thành công. rất tốt khi một công ty thử nó trong pin nhiên liệu trong thế giới thực.
Lần này, các nhà nghiên cứu đã cân bằng chi phí bằng cách thay thế một phần PGM bằng bạc thay thế rẻ hơn; nhưng mấu chốt thực sự là đơn giản hóa công thức hóa học để đưa chất xúc tác vào các điện cực của tế bào. Các nhà khoa học thường trộn chất xúc tác thành chất lỏng rồi phết nó lên điện cực lưới, nhưng những công thức xúc tác này không phải lúc nào cũng hoạt động giống nhau trong các môi trường phòng thí nghiệm khác nhau với các công cụ khác nhau – gây khó khăn cho việc chuyển công việc sang ứng dụng trong thế giới thực . Tom Jaramillo, giám đốc SUNCAT, người đã giúp cho sự hợp tác trở nên khả thi, cho biết: “Các quy trình hóa học ướt không có khả năng phục hồi đặc biệt đối với các điều kiện trong phòng thí nghiệm”.
Để giải quyết vấn đề đó, thay vào đó, nhóm SLAC đã sử dụng buồng chân không để lắng đọng chất xúc tác mới của họ lên các điện cực một cách có kiểm soát hơn. Jaramillo cho biết: “Công cụ có độ chân không cao này là một loại phương pháp rất 'những gì bạn thấy là những gì bạn nhận được'. “Về nguyên tắc, miễn là hệ thống của bạn được hiệu chỉnh tốt thì mọi người có thể dễ dàng tái tạo nó.”
Để đảm bảo rằng những người khác có thể tái tạo phương pháp của họ và áp dụng trực tiếp vào pin nhiên liệu ở quy mô thực, nhóm đã làm việc với các chuyên gia tại Technion. Họ đã chứng minh rằng phương pháp này hoạt động được trong pin nhiên liệu thực tế.
“Dự án này không được thiết lập để thực hiện thử nghiệm pin nhiên liệu ở đây, vì vậy chúng tôi thực sự may mắn khi sinh viên tốt nghiệp Stanford dẫn đầu dự án, José Zamora Zeledόn, đã kết nối được với Dario Dekel và nghiên cứu sinh tiến sĩ John Douglin của anh ấy tại Technion. Burke Stevens cho biết: Chúng được thành lập để kiểm tra pin nhiên liệu thực tế, vì vậy đây thực sự là một sự kết hợp tuyệt vời giữa các nguồn lực để kết hợp lại với nhau.
Cùng với nhau, hai nhóm phát hiện ra rằng bằng cách thay thế bạc rẻ hơn cho một số PGM được sử dụng trong các chất xúc tác trước đây, họ có thể đạt được pin nhiên liệu hiệu quả tương đương với mức giá thấp hơn nhiều – và giờ đây họ đã có một phương pháp phát triển chất xúc tác đã được chứng minh, họ có thể bắt đầu thử nghiệm những ý tưởng đầy tham vọng hơn. Jaramillo nói: “Chúng tôi có thể thử sử dụng hoàn toàn không có PGM. Dekel, giáo sư kỹ thuật hóa học và giám đốc Chương trình Năng lượng Grand Technion tại Technion, cũng vui mừng không kém trước tiềm năng của mối quan hệ đối tác. Ông nói: “Điều này mang lại lợi ích to lớn cho việc nghiên cứu pin nhiên liệu trong học viện cũng như cho việc phát triển chất xúc tác thực tế trong ngành công nghiệp pin nhiên liệu”.
Jaramillo cho biết trong tương lai, những nghiên cứu như thế này sẽ quyết định liệu pin nhiên liệu có thể phát huy hết tiềm năng của chúng hay không. Jaramillo cho biết: “Pin nhiên liệu thực sự trông rất thú vị và hấp dẫn đối với hoạt động vận tải hạng nặng và lưu trữ năng lượng sạch, nhưng cuối cùng nó sẽ giảm chi phí, đó chính là mục đích của công việc hợp tác này”.
Nghiên cứu này được tài trợ một phần bởi Văn phòng Khoa học của DOE thông qua Trung tâm Khoa học và Xúc tác Giao diện SUNCAT, viện liên doanh SLAC-Stanford và Viện Nghiên cứu Toyota.
