Chất xúc tác nano chịu nhiệt ‘tăng hơn gấp đôi sản lượng hydro xanh’
Chất xúc tác nano chịu nhiệt ‘tăng hơn gấp đôi sản lượng hydro xanh’
Một chất xúc tác nano mới có thể chịu được nhiệt độ cực cao đã tăng hơn gấp đôi tốc độ sản xuất hydro trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Vật liệu này được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST), có thể giúp giảm giá hydro xanh.
Nhiên liệu có thể được tạo ra bằng cách điện phân nước, sử dụng năng lượng tái tạo để tách nước thành hydro và oxy. Tuy nhiên, chi phí sản xuất hydro xanh là khoảng 5 USD/kg – cao gấp hai đến ba lần so với hydro xám thu được từ khí tự nhiên.
Các nhà nghiên cứu cho biết, quá trình điện phân nước phải được cải thiện để việc sử dụng hydro xanh trở nên thiết thực. Điều này có thể đặc biệt quan trọng ở Hàn Quốc, nơi việc sử dụng năng lượng tái tạo bị hạn chế bởi những hạn chế về mặt địa lý.
Nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Kyung-Joong Yoon tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Năng lượng của KIST đã phát triển chất xúc tác nano mới cho quá trình điện phân nước ở nhiệt độ cao. Vật liệu này có thể duy trì mật độ dòng điện lớn hơn 1A/cm2 trong thời gian dài ở nhiệt độ trên 600°C.
Để cải thiện hiệu suất và độ ổn định của tế bào điện phân nước, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu cơ chế phân hủy của vật liệu nano ở nhiệt độ cao và xác định nguyên nhân dẫn đến hoạt động bất thường.
Công nghệ điện phân có thể được phân loại thành điện phân nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao. Trong khi phương pháp điện phân ở nhiệt độ thấp dưới 100°C đã được phát triển từ lâu và hoàn thiện hơn về mặt công nghệ, thì phương pháp điện phân ở nhiệt độ cao trên 600°C mang lại hiệu quả cao hơn. Việc thương mại hóa đã bị cản trở do thiếu ổn định nhiệt và tuổi thọ không đủ do suy giảm nhiệt độ cao, chẳng hạn như ăn mòn và biến dạng cấu trúc.
Chất xúc tác nano, được sử dụng để cải thiện hiệu suất của máy điện phân nước ở nhiệt độ thấp, nhanh chóng xuống cấp ở nhiệt độ vận hành cao, khiến việc sử dụng chúng một cách hiệu quả để điện phân nước ở nhiệt độ cao trở nên khó khăn.
Để khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật mới để tổng hợp chất xúc tác nano, giúp ngăn chặn sự hình thành các hợp chất có thể gây suy thoái.
Bằng cách phân tích một cách có hệ thống các hiện tượng có kích thước nano bằng kính hiển vi điện tử truyền qua, các nhà nghiên cứu đã xác định được các chất cụ thể gây ra những thay đổi cấu trúc nghiêm trọng, chẳng hạn như stronti cacbonat và oxit coban. Họ đã loại bỏ thành công những vật liệu đó để thu được các chất xúc tác nano có độ ổn định cao cả về tính chất hóa học và vật lý.
Khi nhóm nghiên cứu áp dụng chất xúc tác nano vào tế bào điện phân nước ở nhiệt độ cao, tốc độ sản xuất hydro đã tăng hơn gấp đôi và hoạt động trong hơn 400 giờ ở nhiệt độ 650°C mà không bị suy giảm. Kỹ thuật này cũng được áp dụng cho tế bào điện phân nước diện rộng, mà nhóm nghiên cứu cho biết nó khẳng định “tiềm năng mạnh mẽ để mở rộng quy mô và sử dụng thương mại”.
Tiến sĩ Yoon, nói:
Vật liệu nano mới được phát triển của chúng tôi đã đạt được cả hiệu suất cao và độ ổn định cho công nghệ điện phân nước ở nhiệt độ cao, đồng thời có thể góp phần giảm chi phí sản xuất hydro xanh, giúp loại vật liệu này có khả năng cạnh tranh kinh tế với hydro xám trong tương lai.
“Để thương mại hóa, chúng tôi có kế hoạch phát triển các kỹ thuật xử lý tự động để sản xuất hàng loạt, hợp tác với các nhà sản xuất tế bào công nghiệp.”
