Chất lỏng mới giúp đơn giản hóa việc vận chuyển và lưu trữ hydro
21/7/2025
Các nhà nghiên cứu tại EPFL và Đại học Kyoto đã tạo ra một loại chất lỏng giàu hydro ổn định bằng cách trộn hai hóa chất đơn giản. Đột phá này có thể giúp việc lưu trữ hydro trở nên dễ dàng, an toàn và hiệu quả hơn ở nhiệt độ phòng.
Hydro được xem là nhiên liệu sạch của tương lai, nhưng việc đưa nó từ phòng thí nghiệm vào đời sống hàng ngày không hề đơn giản. Phần lớn vật liệu giàu hydro là chất rắn ở nhiệt độ phòng hoặc chỉ trở thành chất lỏng trong điều kiện cực đoan như áp suất cao hoặc nhiệt độ rất thấp.
Ngay cả hợp chất rắn như ammonia borane – vốn chứa nhiều hydro – cũng khó sử dụng vì chỉ giải phóng hydro khi được đun nóng và thường tạo ra sản phẩm phụ không mong muốn.
Việc tạo ra một chất lỏng giàu hydro ổn định ở nhiệt độ thường sẽ giúp quá trình lưu trữ và vận chuyển trở nên đơn giản hơn. Một hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn là dung môi eutectic sâu (DES), hỗn hợp có điểm nóng chảy thấp hơn các thành phần riêng lẻ, giúp biến các vật liệu rắn chứa hydro thành chất lỏng dễ xử lý ở nhiệt độ thấp hơn. Tuy nhiên, trước đây chưa có DES nào sử dụng thành phần hydride – vốn đặc biệt giàu hydro và có thể mở ra phương án lưu trữ hydro hiệu quả hơn.
Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Andreas Züttel (EPFL) và Satoshi Horike (ĐH Kyoto) đã phát triển DES đầu tiên dựa trên hydride: một chất lỏng trong suốt, ổn định, giàu hydro và duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng. DES mới này có thể chứa đến 6,9% hydro theo khối lượng, vượt một số mục tiêu kỹ thuật về lưu trữ hydro, bao gồm cả tiêu chuẩn năm 2025 của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials.
Để tạo DES mới, các nhà khoa học trộn ammonia borane và tetrabutylammonium borohydride với tỷ lệ khác nhau để xác định hỗn hợp nào duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng. Tỷ lệ phù hợp (50–80% ammonia borane) tạo ra chất lỏng ổn định, không kết tinh trở lại ngay cả khi ở nhiệt độ thấp.
Kết quả phân tích phổ cho thấy các phân tử hình thành liên kết hydro mạnh, phá vỡ cấu trúc rắn thông thường và giữ hỗn hợp ở dạng lỏng đến -50°C. Thử nghiệm cho thấy chất lỏng này có thể giải phóng hydro khi được đun nóng đến chỉ 60°C – thấp hơn nhiều so với hầu hết vật liệu rắn chứa hydro – giúp việc sử dụng hydro thực tế hơn.
Hỗn hợp này ổn định trong nhiều tuần nếu được giữ khô và có mật độ thấp hơn hầu hết các chất lỏng tương tự. Khi gia nhiệt, nó giải phóng khí hydro tinh khiết ở nhiệt độ tương đối thấp mà không tạo nhiều tạp chất. Chỉ phần ammonia borane bị phân hủy trước, cho phép tái sử dụng một phần hỗn hợp.
DES mới này có thể làm cho việc lưu trữ và vận chuyển hydro đơn giản và an toàn hơn. Thay vì dựa vào bình áp suất cao hoặc hydro lỏng siêu lạnh, ngành công nghiệp có thể sử dụng chất mang hydro ổn định, dễ xử lý ở điều kiện thường.
Ngoài lưu trữ hydro, kết quả nghiên cứu còn mở ra khả năng tạo ra các chất lỏng tùy biến cho nhiều ứng dụng khác như sản xuất hóa chất hay năng lượng xanh, định hướng mới cho cả nghiên cứu hydro lẫn công nghệ năng lượng thực tiễn.
