Đột phá pin nhiên liệu ít platinum: Tăng 75% hiệu suất nhờ thiết kế dòng chảy mới
Ngày 09/04/2026
Annie Nguyễn
Một nghiên cứu mới từ nhóm tại University of New South Wales do Quentin Meyer dẫn dắt đã đạt bước tiến quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất pin nhiên liệu hydrogen sử dụng lượng platinum thấp.
Thách thức hiện tại
Pin nhiên liệu sử dụng ít platinum thường gặp hạn chế trong điều kiện vận hành thực tế:
- Khó khuếch tán oxy vào lớp xúc tác
- Tích tụ nước gây “ngập” (flooding)
- Hiệu suất giảm ở mật độ dòng cao
Điều này khiến nhiều vật liệu xúc tác tiềm năng không thể chuyển từ phòng thí nghiệm sang ứng dụng thực tế.
Giải pháp công nghệ mới
Nhóm nghiên cứu đã phát triển thiết kế “lateral bypass flow field” với:
- Gân vi mô (micro-ribs) kích thước 100 µm
- Kênh bypass ngang 100 µm
- Gia công bằng công nghệ micro-milling
Thiết kế này cho phép:
- Tăng cường vận chuyển oxy tới vùng phản ứng
- Loại bỏ nước bị giữ lại dưới các gân dòng chảy
- Cải thiện đáng kể điều kiện hoạt động của lớp khuếch tán khí
Kết quả nổi bật
- Tăng tới 75% mật độ công suất so với thiết kế serpentine truyền thống
- Hoạt động trong điều kiện thực tế:
- Hydrogen – không khí (H₂-Air)
- Áp suất môi trường (không cần back-pressure)
- Tải lượng platinum thấp: chỉ 0,1–0,2 mg/cm²
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật tiên tiến:
- Chụp ảnh neutron operando tại ANSTO
- Phân tích trở kháng điện hóa (EIS)
- Mô phỏng dòng hai pha:
- Lattice Boltzmann Method (LBM)
- Computational Fluid Dynamics (CFD) với VOF
Kết quả cho thấy thiết kế mới:
- Giảm tích tụ nước
- Tăng vận chuyển oxy
- Cải thiện hiệu suất lớp xúc tác
Ý nghĩa chiến lược
Thiết kế này không chỉ nâng cao hiệu suất với platinum thấp mà còn:
- Hỗ trợ phát triển xúc tác không chứa platinum
- Giảm chi phí pin nhiên liệu
- Tăng khả năng thương mại hóa
Đây được xem là một bước tiến quan trọng hướng tới:
- Pin nhiên liệu hiệu suất cao
- Vận hành ổn định, không bị ngập nước
- Thúc đẩy nền kinh tế hydrogen
