Công nghệ chất xúc tác pha nitơ có thể đẩy nhanh quá trình thương mại hóa pin nhiên liệu hydro
của Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk
Nguồn: Tạp chí Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c09514
Một nhóm nghiên cứu đã phát triển một công nghệ đột phá giúp cải thiện đáng kể độ bền của chất xúc tác hợp kim, một thành phần quan trọng trong pin nhiên liệu. Bằng cách kết hợp nitơ vào cấu trúc hợp kim, nhóm nghiên cứu đã giải quyết được vấn đề chi phí cao và độ bền thấp của chất xúc tác bạch kim (Pt), hai trở ngại chính đối với việc thương mại hóa pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) cho các phương tiện thân thiện với môi trường.
Khi các nỗ lực toàn cầu nhằm thương mại hóa pin nhiên liệu hydro tăng cường, các nhà nghiên cứu ngày càng tập trung vào việc khắc phục những thách thức kỹ thuật quan trọng. Trong số các giải pháp tiềm năng, hợp kim bạch kim-coban (PtCo) đã chứng minh được hiệu suất vượt trội nhưng gặp phải những hạn chế khi sử dụng lâu dài do chi phí cao và các vấn đề về độ bền, chủ yếu bắt nguồn từ việc coban dễ hòa tan.
Để giải quyết những thách thức này, Giáo sư Jongsung Yu thuộc nhóm của DGIST đã phát triển một phương pháp tổng hợp sáng tạo tích hợp nitơ vào hợp kim PtCo. Phương pháp pha tạp nitơ này cải thiện đáng kể độ bền của hợp kim bằng cách ổn định coban thông qua liên kết coban-nitơ, ngăn ngừa hiệu quả sự hòa tan của nó. Công nghệ này không chỉ làm giảm lượng bạch kim cần thiết mà còn duy trì hiệu suất và độ bền cao, mở đường cho việc thương mại hóa các pin nhiên liệu có hàm lượng bạch kim thấp, độ ổn định cao.
Công trình này được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ.
Hợp kim PtCo pha tạp nitơ mới được phát triển đáng chú ý vì cấu trúc PtCo có trật tự trên cả bề mặt và bên trong hợp kim, cũng như độ ổn định cấu trúc đặc biệt của nó, đạt được thông qua liên kết coban-nitơ. Các phân tích hóa học tính toán do Giáo sư Seoin Baek thuộc Đại học Sogang thực hiện đã tiết lộ rằng liên kết coban-nitơ mạnh này làm tăng năng lượng hòa tan của coban lên khoảng gấp đôi, tăng cường đáng kể độ ổn định của coban bên trong hợp kim.
Ngoài ra, hợp kim này đã vượt qua các mục tiêu về độ bền năm 2025 do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đặt ra trong các đánh giá độ bền tăng tốc, vượt trội hơn các chất xúc tác thương mại hiện có về cả hiệu suất và tuổi thọ.
"Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào việc giải quyết các hạn chế về độ bền của các hợp kim hiện có để nâng cao đáng kể hiệu suất của pin nhiên liệu", Giáo sư Yu cho biết.
"Bằng cách thúc đẩy ứng dụng hợp kim bạch kim-coban có hiệu suất ban đầu vượt trội vào pin nhiên liệu thực tế, chúng tôi đã phát triển một công nghệ đáp ứng được cả nhu cầu về tuổi thọ và hiệu quả đối với pin nhiên liệu hydro. Chúng tôi hy vọng thành tựu này sẽ góp phần biến pin nhiên liệu hydro thành giải pháp năng lượng bền vững trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm các lĩnh vực ô tô, hàng hải, hàng không và phát điện".
