Chất xúc tác mới giữ 85% hiệu suất sau 150.000 chu kỳ, đột phá cho pin nhiên liệu hydro
Ngày 10 tháng 8 năm 2026
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Gang Wu tại Đại học Washington ở St. Louis dẫn đầu vừa công bố một kiến trúc xúc tác mới dành cho pin nhiên liệu hydro nhiệt độ thấp, hứa hẹn giải quyết bài toán nan giải về độ bền và hiệu suất của chất xúc tác bạch kim (platinum) - một trong những rào cản lớn nhất đối với thương mại hóa công nghệ pin nhiên liệu. Kết quả thử nghiệm cho thấy chất xúc tác mới duy trì 85% hiệu suất sau 150.000 chu kỳ điện áp, tương đương khoảng 25.000 giờ vận hành.
Thách thức truyền thống: Hoạt động và Độ bền
Pin nhiên liệu hydro tạo ra điện sạch từ phản ứng giữa hydro và oxy, nhưng để đạt hiệu quả cao, chúng phụ thuộc vào bạch kim - một kim loại quý hiếm và đắt tiền. Để tối đa hóa diện tích bề mặt và giảm thiểu lượng bạch kim sử dụng, các nhà khoa học thường tạo ra các hạt nano bạch kim. Tuy nhiên, dưới áp lực vận hành, các hạt nano này có xu hướng hòa tan, di chuyển và kết tụ lại, làm giảm dần hiệu suất theo thời gian.
Một phương pháp khác là tạo hợp kim bạch kim-cobalt và nung ở nhiệt độ trên 700°C để tạo ra cấu trúc liên kim loại có trật tự (intermetallic) giúp cải thiện độ bền. Nhưng ở nhiệt độ cao này, các hạt nano lại bị kết tụ, làm giảm hiệu suất. Điều này tạo ra một sự đánh đổi: hạt nhỏ hơn có hoạt tính cao hơn, hạt lớn hơn có tuổi thọ lâu hơn.
Giải pháp đột phá: Lồng carbon nano khóa chặt hạt xúc tác
Để vượt qua thách thức này, nhóm nghiên cứu đã tái thiết kế cấu trúc giá đỡ carbon bên dưới. Họ đã chế tạo các khối cầu carbon rỗng, xốp với các kênh nano xuyên tâm có trật tự, tạo thành những chiếc "lồng carbon" có khả năng khóa chặt các hạt nano hợp kim bạch kim-cobalt. Nhờ cấu trúc đặc biệt này, các hạt nano vẫn giữ được sự phân tán mịn ngay cả khi được nung ở nhiệt độ lên tới 1000°C, trong khi các phương pháp tiêu chuẩn thường bị giới hạn dưới 700°C. Kết quả là các hạt nano có kích thước nhỏ dưới 5 nanomet vẫn giữ được độ ổn định cấu trúc, mang lại cả hoạt tính xúc tác cao và độ bền vượt trội.
Tác động đến lĩnh vực năng lượng sạch
Khả năng duy trì 85% hiệu suất sau 150.000 chu kỳ điện áp (tương đương khoảng 25.000 giờ vận hành) đánh dấu một bước tiến đáng kể so với các công nghệ xúc tác hiện có. Theo Giáo sư Wu, cấu trúc nano này còn cho phép chất điện phân (ionomer) phân bố đồng đều, giúp các ion, oxy và nước di chuyển dễ dàng trong suốt quá trình vận hành, giảm thiểu tổn thất điện trở.
Nhóm nghiên cứu có kế hoạch hợp tác với các đối tác công nghiệp để thương mại hóa công nghệ này, đặc biệt trong bối cảnh nhu cầu điện cho các trung tâm dữ liệu tại Hoa Kỳ đang tăng vọt (dự kiến sẽ tăng từ 4% lên 9% tổng sản lượng điện vào năm 2030). Các pin nhiên liệu bền bỉ, hiệu quả có thể cho phép các trung tâm dữ liệu tự sản xuất điện tại chỗ từ hydro, giảm sự phụ thuộc vào lưới điện và hỗ trợ các hoạt động vận hành bền vững hơn. Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology vào ngày 6 tháng 8 năm 2026.
