Đột phá mới cho phép sản xuất hydro giá cả phải chăng, thân thiện với môi trường
Điện phân nước là công nghệ tiên tiến sản xuất hydro thông qua quá trình điện phân nước.
Nguồn: UNIST.
Một công nghệ đột phá đã được phát triển cho phép sản xuất hydro xanh theo cách tiết kiệm chi phí hơn và thân thiện với môi trường hơn, đưa chúng ta đến gần hơn với một xã hội trung hòa carbon bằng cách thay thế các chất xúc tác kim loại quý đắt tiền.
Dưới sự chỉ đạo của Giáo sư Jungki Ryu tại Khoa Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học tại UNIST và Giáo sư Dong-Hwa Seo từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại KAIST, một nhóm nghiên cứu chung đã phát triển thành công chất xúc tác điện phân nước hai chức năng để sản xuất hydro xanh có độ tinh khiết cao hiệu quả cao và ổn định.
Chất xúc tác mới được phát triển này thể hiện độ bền đặc biệt ngay cả trong môi trường axit có tính ăn mòn cao. Bằng cách sử dụng rutheni, silicon và vonfram (RuSiW), chất xúc tác này tiết kiệm chi phí hơn so với chất xúc tác platin (Pt) hoặc iridi (Ir) thông thường. Hơn nữa, nó thải ra ít khí nhà kính hơn đáng kể, khiến nó trở thành một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường.
Điện phân nước là công nghệ tiên tiến sản xuất hydro thông qua quá trình điện phân nước. Đây được coi là công nghệ then chốt để đạt được xã hội trung hòa carbon vì nó cho phép sản xuất hydro thân thiện với môi trường mà không phát thải carbon.
Nhóm nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm các chất thay thế cho chất xúc tác kim loại quý như bạch kim và iridi, có độ ổn định trong điều kiện axit. Ruthenium đã được chú ý như một kim loại thân thiện với môi trường do chi phí sản xuất tương đối thấp và lượng khí thải nhà kính thấp hơn đáng kể so với bạch kim và iridi. Tuy nhiên, nó phải đối mặt với những thách thức trong quá trình thương mại hóa do hoạt động xúc tác thấp hơn so với bạch kim và độ ổn định thấp hơn so với iridi.
Để khắc phục những hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã phát triển một chất xúc tác dựa trên ruthenium, silic và vonfram. Bằng cách tăng cường chức năng của chất xúc tác ruthenium, có độ ổn định thấp hơn trong cả phản ứng giải phóng hydro (HER) và phản ứng giải phóng oxy (OER), nhóm nghiên cứu đã chứng minh được tiềm năng của chất xúc tác như một chất xúc tác hai chức năng.
Chất xúc tác được phát triển có cấu trúc được pha tạp bằng vonfram và silic xung quanh một nguyên tử ruthenium. Khả năng tăng tốc phản ứng của chất xúc tác được cải thiện bằng cách tăng cường độ hấp phụ của proton trên bề mặt chất xúc tác. Nó thể hiện hoạt động cao hơn trong phản ứng giải phóng hydro so với chất xúc tác platin có bán trên thị trường. Ngoài ra, một lớp màng vonfram mỏng có độ dày từ 5~10 nm bảo vệ vị trí xúc tác của rutheni, do đó cải thiện độ ổn định của nó.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành một thí nghiệm về độ ổn định trên chất xúc tác. Sử dụng chất điện phân có tính axit (có độ axit là 0,3), họ đã tiêm 10 mA dòng điện vào điện cực 1 ㎠. Chất xúc tác được phát triển đã chứng minh hiệu suất ổn định ngay cả sau khi chạy trong hơn 100 giờ.
Giáo sư Ryu tuyên bố, “Việc phát triển chất xúc tác ba thành phần này rất quan trọng vì nó có tiềm năng thay thế đồng thời platin và iridi đắt tiền. Người ta hy vọng nó sẽ được ứng dụng vào các hệ thống sản xuất hydro xanh có độ tinh khiết cao, chẳng hạn như máy điện phân PEM, vì nó có thể được tổng hợp dễ dàng và ổn định ngay cả trong điều kiện axit có tính ăn mòn cao”.
Tài liệu tham khảo: Jeon D, Kim DY, Kim H, et al. Sự tiến hóa điện hóa của polyoxometalate gốc Ru thành RuO X đồng pha tạp W, SI để phân tách nước tổng thể có tính axit. Adv Mater. 2024;36(1):2304468. doi: 10.1002/adma.202304468
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
