Công nghệ pin nhiên liệu mới của Nhật Bản đạt nhiệt độ nóng bỏng 248°F với độ dẫn điện tăng vọt 40 lần
Màng cải tiến này cho thấy độ dẫn điện cao hơn 40 lần ở nhiệt độ 248°F và độ ẩm tương đối 20% so với các màng hiện có.
Cập nhật: 11 tháng 12 năm 2024 06:24 AM EST
Khái niệm mới về chất điện phân polyme pin nhiên liệu bền vững vượt qua rào cản ở nhiệt độ cao.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Nagoya, do Atsushi Noro đứng đầu, đã giới thiệu chất điện phân polyme axit phosphonic mang tính đột phá cho phép pin nhiên liệu hoạt động ở nhiệt độ cao (trên 212°F/100°C) và điều kiện độ ẩm thấp.
Sáng kiến này giải quyết những thách thức quan trọng trong công nghệ pin nhiên liệu và cung cấp một giải pháp thay thế bền vững hơn cho các vật liệu thông thường.
Vượt qua những thách thức trong thiết kế pin nhiên liệu
Pin nhiên liệu được ca ngợi vì sản xuất điện chỉ bằng nước, khiến chúng trở thành giải pháp năng lượng sạch đầy hứa hẹn.
Tuy nhiên, pin nhiên liệu truyền thống dựa vào polyme axit perfluorosulfonic, một loại chất per- và polyfluoroalkyl (PFAS). PFAS được biết đến với khả năng tồn tại lâu dài trong môi trường và tích tụ trong các sinh vật sống, dẫn đến việc gia tăng các hạn chế về quy định trên toàn thế giới.
Nhóm nghiên cứu đã giải quyết những lo ngại này bằng cách sử dụng polyme hydrocarbon axit phosphonic, không chứa flo và an toàn hơn với môi trường. Mặc dù các polyme này hoạt động tốt ở nhiệt độ cao và độ ẩm thấp, nhưng tính chất ưa nước và độ dẫn điện hạn chế của chúng đã cản trở việc áp dụng rộng rãi.
Trong môi trường ẩm ướt, chúng dễ bị hòa tan, tạo ra rào cản đáng kể đối với việc sử dụng thực tế của chúng.
Một cách tiếp cận mới về độ ổn định và hiệu suất
Nhóm của Noro đã giải quyết những thách thức này bằng cách kết hợp các miếng đệm kỵ nước giữa xương sống polyme và các nhóm axit phosphonic. Các miếng đệm này cải thiện khả năng chống nước, độ ổn định hóa học và độ dẫn điện ở nhiệt độ cao và độ ẩm thấp.
Màng mới vượt trội hơn các phương án thay thế hiện có ở một số chỉ số chính. Nó cho thấy khả năng chống nước tốt hơn nhiều trong điều kiện nóng so với màng axit phosphonic polystyrene thông thường và màng polystyrene sulfonat liên kết ngang thương mại.
Điều này có nghĩa là vật liệu mới ít có khả năng bị hòa tan hoặc phân hủy khi tiếp xúc với nước nóng, khiến nó trở thành lựa chọn bền và đáng tin cậy hơn nhiều cho pin nhiên liệu.
"Trong điều kiện 248°F (120°C) và độ ẩm tương đối 20%, độ dẫn điện của màng được phát triển đạt cao hơn 40 lần so với màng axit polystyrene phosphonic và cao hơn 4 lần so với màng polystyrene sulfonat liên kết chéo", Noro cho biết trong thông cáo báo chí.
Một bước tiến cho xe chạy bằng pin nhiên liệu
Những lợi ích của cải tiến này mở rộng đến xe chạy bằng pin nhiên liệu, có thể cải thiện đáng kể hiệu suất.
"Việc tìm ra một pin nhiên liệu hoạt động trong điều kiện độ ẩm thấp và nhiệt độ cao mang lại nhiều lợi thế cho xe chạy bằng pin nhiên liệu", Noro giải thích trong thông cáo báo chí.
Ông nhấn mạnh ba lợi ích chính: Thứ nhất, nhiệt độ cao hơn sẽ đẩy nhanh phản ứng tại các điện cực, tăng hiệu quả phát điện. Thứ hai, nhiệt độ cao giúp giảm ngộ độc carbon monoxide ở điện cực, đây là vấn đề thường gặp ở nhiệt độ thấp hơn.
Cuối cùng, khả năng tản nhiệt được cải thiện ở nhiệt độ cao hơn giúp đơn giản hóa thiết kế hệ thống làm mát và loại bỏ nhu cầu làm ẩm bên ngoài, giúp hệ thống pin nhiên liệu nhẹ hơn và nhỏ gọn hơn.
Một cột mốc cho năng lượng bền vững
Nghiên cứu này được Tổ chức Phát triển Công nghệ Công nghiệp và Năng lượng Mới (NEDO) hỗ trợ. Nghiên cứu này phù hợp với Lộ trình NEDO về Phát triển Công nghệ Pin nhiên liệu và Hydro, thể hiện một bước tiến lớn hướng tới pin nhiên liệu thế hệ tiếp theo và tương lai không phát thải carbon.
Các đơn xin cấp bằng sáng chế cho các vật liệu liên quan đến thiết kế chất điện phân sáng tạo này đã được nộp tại Nhật Bản và các quốc gia khác.
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
