Đẩy nhanh việc thương mại hóa các tế bào điện phân oxit rắn tạo ra hydro xanh
bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia
Nguyên tắc tăng tốc độ cô đặc chất điện phân trong quy trình sản xuất tế bào gốm proton. Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc
Công nghệ sản xuất hydro xanh là hoàn toàn cần thiết để cuối cùng hiện thực hóa nền kinh tế hydro vì không giống như hydro xám, hydro xanh không tạo ra lượng lớn carbon dioxide trong quá trình sản xuất.
Công nghệ sản xuất hydro xanh dựa trên các tế bào điện phân oxit rắn (SOEC), sản xuất hydro từ nước sử dụng năng lượng tái tạo, gần đây đã thu hút sự chú ý vì nó không tạo ra chất gây ô nhiễm. Trong số các công nghệ này, SOEC nhiệt độ cao có lợi thế về hiệu quả và tốc độ sản xuất tuyệt vời.
Tế bào gốm proton là công nghệ SOEC nhiệt độ cao sử dụng chất điện phân gốm proton để truyền các ion hydro trong vật liệu. Các tế bào này cũng sử dụng công nghệ có thể giảm nhiệt độ hoạt động từ 700 ℃ trở lên xuống 500 ℃ trở xuống, do đó giảm kích thước và giá thành hệ thống, đồng thời cải thiện độ tin cậy hoạt động lâu dài bằng cách trì hoãn sự xuống cấp.
Tuy nhiên, rất khó để bước vào giai đoạn thương mại hóa vì cơ chế chính chịu trách nhiệm thiêu kết chất điện phân gốm proton ở nhiệt độ tương đối thấp trong quá trình sản xuất tế bào vẫn chưa được xác định cụ thể.
Tiến sĩ Ho-Il Ji, Tiến sĩ Jong-Ho Lee và nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Hyungmook Kang tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Năng lượng, Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST), đã thông báo rằng họ đã tăng khả năng thương mại hóa bằng cách xác định điều này cơ chế thiêu kết chất điện phân: một tế bào gốm hiệu suất cao thế hệ tiếp theo chưa được xác định trước đó.
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế và tiến hành nhiều thí nghiệm mô hình khác nhau dựa trên thực tế là pha chuyển tiếp được tạo ra trên điện cực trong quá trình thiêu kết điện cực-điện cực ảnh hưởng đến mật độ của chất điện phân. Lần đầu tiên họ phát hiện ra rằng việc cung cấp cho chất điện phân một lượng nhỏ vật liệu hỗ trợ thiêu kết dạng khí từ pha chuyển tiếp sẽ thúc đẩy quá trình thiêu kết chất điện phân.
Chất hỗ trợ thiêu kết dạng khí cực kỳ hiếm và khó quan sát về mặt kỹ thuật; do đó, giả thuyết rằng sự đậm đặc của chất điện phân trong tế bào gốm proton là do chất trợ thiêu kết hóa hơi gây ra chưa bao giờ được đề xuất. Nhóm nghiên cứu đã xác minh chất hỗ trợ thiêu kết dạng khí bằng cách sử dụng khoa học tính toán và xác nhận rằng phản ứng không làm suy giảm các đặc tính điện độc đáo của chất điện phân. Do đó, việc thiết kế quy trình sản xuất lõi của tế bào gốm proton được kỳ vọng là có thể thực hiện được.
Tiến sĩ Ji của KIST cho biết: "Thông qua nghiên cứu này, chúng tôi đã tiến một bước gần hơn đến việc phát triển quy trình sản xuất lõi cho tế bào gốm proton. Chúng tôi dự định tiến hành nghiên cứu quy trình sản xuất tế bào gốm proton diện tích lớn, hiệu suất cao ở tương lai."
Ông cũng đề cập rằng, "Nếu công nghệ diện tích lớn được phát triển thành công, thì có thể sản xuất hydro màu hồng liên quan đến công nghệ hạt nhân thế hệ tiếp theo cũng như hydro xanh liên quan đến năng lượng tái tạo, điều này sẽ dẫn đến việc thương mại hóa gốm tế bào và đẩy nhanh quá trình hiện thực hóa nền kinh tế hydro."
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí ACS Energy Letters.
