Hydro là nguồn năng lượng đầy hứa hẹn do mật độ năng lượng cao và không phát thải carbon, khiến nó trở thành yếu tố chính trong quá trình chuyển dịch hướng tới tính trung hòa carbon. Các phương pháp sản xuất hydro truyền thống, như khí hóa than và cải cách khí mê-tan bằng hơi nước, thải ra carbon dioxide, làm suy yếu các mục tiêu về môi trường. Phân tách nước bằng điện hóa, chỉ tạo ra hydro và oxy, là một giải pháp thay thế sạch hơn.
AEM gốc polyphenylene cho thấy độ bền và độ dẫn điện được cải thiện trong máy điện phân nước, cải thiện sản xuất hydro xanh. Tín dụng: Kenji Miyatake từ Đại học Waseda, Nhật Bản
Trong khi màng trao đổi proton (PEM) và máy điện phân nước kiềm (AWE) có sẵn, chúng phải đối mặt với những hạn chế về chi phí hoặc hiệu quả. Ví dụ, máy điện phân PEM dựa vào kim loại nhóm bạch kim (PGM) đắt tiền làm chất xúc tác, trong khi AWE thường hoạt động ở mật độ dòng điện và hiệu quả thấp hơn.
Máy điện phân nước màng trao đổi anion (AEMWE) kết hợp những lợi ích của cả PEM và AWE, sử dụng chất xúc tác không phải PGM giá rẻ trong khi vẫn hỗ trợ mật độ dòng điện cao hơn và hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Tuy nhiên, AEM phải đối mặt với những thách thức về mặt kỹ thuật, đặc biệt là sự phân hủy trong điều kiện kiềm, ảnh hưởng đến độ ổn định lâu dài. Những tiến bộ trong vật liệu AEM, đặc biệt là những tiến bộ về mặt tăng cường độ bền hóa học, độ dẫn điện và độ bền cơ học , đóng vai trò quan trọng trong việc vượt qua những thách thức này.
Để giải quyết những vấn đề này, Giáo sư Kenji Miyatake từ Đại học Waseda, Nhật Bản, hợp tác với các nhà nghiên cứu tại Đại học Yamanashi, đã phát triển một màng trao đổi anion (AEM) mới với các thành phần kỵ nước bền. Độ dẫn ion hydroxide (OH - ) cao, yếu tố cần thiết để có hiệu suất tuyệt vời trong máy điện phân nước AEM (AEMWE), là một tính năng khác của màng này, được chế tạo để chịu được điều kiện kiềm khắc nghiệt.
Miyatake tuyên bố, "Màng polyme được sử dụng trong nghiên cứu này đáp ứng yêu cầu cơ bản về vật liệu bền chắc, hiệu quả trong sản xuất hydro xanh để sử dụng trong quá trình điện phân nước". Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Energy Materials.
Việc kết hợp các monome 3,3"-dichloro-2′,5′-bis(trifluoromethyl)-1,1′:4′,1"-terphenyl (TFP) vào xương sống polyphenylene của màng là một khía cạnh quan trọng của bước đột phá này. Vì thành phần của nó tăng cường độ ổn định, nên nó có khả năng chịu được hơn 810 giờ tiếp xúc với nồng độ kali hydroxit cao ở 80°C, điều này cho thấy độ bền của nó trong các ứng dụng công nghiệp.
Màng này đã chứng minh hiệu suất ổn định trong quá trình thử nghiệm máy điện phân nước, duy trì mật độ dòng điện không đổi là 1,0 A·cm -2 trong hơn 1.000 giờ với sự thay đổi điện áp tối thiểu. Theo Miyatake, "Độ bền được thể hiện ở đây là một dấu hiệu đáng khích lệ cho thấy màng của chúng tôi có thể giúp giảm chi phí sản xuất hydro".
Hơn nữa, độ dẫn điện OH- của màng đạt 168,7 mS·cm -1 ở 80°C, vượt qua các giá trị được đề cập trong các nghiên cứu trước đó. Độ dẫn điện cao này rất quan trọng để đạt được mật độ dòng điện cao cần thiết để sản xuất hydro hiệu quả. Bằng cách kết hợp độ bền với độ dẫn điện cao như vậy, nhóm nghiên cứu tin rằng thiết kế vật liệu này đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới sản xuất hydro có thể mở rộng quy mô và giá cả phải chăng.
Với độ bền kéo là 27,4 MPa và khả năng kéo dài là 125,6%, màng có khả năng phục hồi mạnh mẽ, có lợi cho hiệu suất ổn định theo thời gian. Độ bền và hiệu quả của các AEM này khiến chúng trở thành một thành phần có giá trị trong sản xuất hydro bền vững, hỗ trợ các sáng kiến năng lượng trung hòa carbon. Những kết quả này hứa hẹn cho các ứng dụng liên quan đến hydro xanh.
Nghiên cứu đã chứng minh thành công rằng AEM gốc polyphenylene với các thành phần kỵ nước làm tăng đáng kể độ ổn định và thể hiện độ dẫn ion hydroxide cao với độ ổn định kiềm vượt trội, giảm thiểu sự phân hủy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Màng cho phép hoạt động ổn định trong thời gian dài ở mật độ dòng điện cao, đánh dấu đây là một lựa chọn hiệu quả, tiết kiệm chi phí để sản xuất hydro xanh trong máy điện phân nước AEM.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
