Các nhà nghiên cứu tại Nhật Bản gần đây đã phát triển một chất điện phân rắn để vận chuyển các ion hydride (H−) ở nhiệt độ phòng, mở ra hướng đi mới để cải thiện hiệu suất, mật độ năng lượng và tính thực tiễn của pin và pin nhiên liệu chạy bằng hydro.
Sơ đồ của một pin nhiên liệu thể rắn được làm từ vật liệu mới và titan. Kết quả của phản ứng phóng điện tĩnh điện cho thấy điện cực Ti đã được hydro hóa hoàn toàn thành TiH2 với x ≥ 0,2. Nguồn: RIKEN Cluster for Pioneering Research
Dưới sự chỉ đạo của Genki Kobayashi tại RIKEN Cluster for Pioneering Research, các nhà khoa học tuyên bố rằng bước đột phá mới nhất cho thấy những lợi thế của pin thể rắn và pin nhiên liệu hydro nằm trong tầm tay, một bước tiến tới thúc đẩy nền kinh tế năng lượng hydro. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học Advanced Energy Materials vào tháng trước.
"Thời gian chờ đợi đã kết thúc. Chúng tôi đã đạt được một cột mốc thực sự", Kobayashi cho biết. "Kết quả của chúng tôi là lần đầu tiên chứng minh được chất điện phân rắn dẫn ion hydride ở nhiệt độ phòng".
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm với lanthanum hydride (LaH3-δ), vì hydro có thể được giải phóng và thu giữ tương đối dễ dàng và khả năng dẫn ion hydride rất cao. Nhưng ở nhiệt độ phòng, số lượng hydro gắn vào lanthanum dao động trong khoảng từ 2 đến 3, khiến cho khả năng dẫn điện hiệu quả là không thể.
Theo các nhà nghiên cứu, hạn chế này, được gọi là 'hydro không có tỷ lệ thành phần', là trở ngại lớn nhất được khắc phục trong nghiên cứu mới. Khi họ thay thế một số lanthanum bằng stronti (Sr) và chỉ thêm một chút oxy, để có công thức cơ bản là La1-xSrxH3-x-2yOy, họ đã có được kết quả như mong đợi.
Nhóm nghiên cứu đã chuẩn bị các mẫu tinh thể của vật liệu bằng một quy trình gọi là nghiền bi, sau đó là ủ. Họ nghiên cứu các mẫu ở nhiệt độ phòng và thấy rằng chúng có thể dẫn ion hydride ở tốc độ cao.
Hơn nữa, họ đã thử nghiệm hiệu suất của nó trong một pin nhiên liệu thể rắn được làm từ vật liệu mới và titan, thay đổi lượng stronti và oxy trong công thức. Với giá trị tối ưu ít nhất là 0,2 stronti, họ đã quan sát thấy sự chuyển đổi 100 phần trăm titan thành titan hydride (TiH2). Điều này có nghĩa là gần như không có ion hydride nào bị lãng phí.
"Trong ngắn hạn, kết quả của chúng tôi cung cấp hướng dẫn thiết kế vật liệu cho chất điện phân rắn dẫn ion hydride", Kobayashi nhận xét. "Trong dài hạn, chúng tôi tin rằng đây là điểm uốn trong quá trình phát triển pin, pin nhiên liệu và pin điện phân hoạt động bằng cách sử dụng hydro".
Các nhà nghiên cứu tuyên bố rằng bước tiếp theo sẽ là cải thiện hiệu suất và tạo ra vật liệu điện cực có thể hấp thụ và giải phóng hydro một cách thuận nghịch. Điều này sẽ cho phép pin được sạc lại, cũng như có thể lưu trữ hydro và dễ dàng giải phóng khi cần, đây là yêu cầu đối với việc sử dụng năng lượng dựa trên hydro.
Để lưu trữ năng lượng và nhiên liệu dựa trên H2 trở nên phổ biến hơn, nó cần phải an toàn, rất hiệu quả và đơn giản nhất có thể. Các pin nhiên liệu dựa trên hydro hiện tại được sử dụng trong ô tô điện hoạt động bằng cách cho phép các proton hydro đi từ đầu này của pin nhiên liệu sang đầu kia thông qua màng polyme khi tạo ra năng lượng.
Hạn chế hiện tại là chuyển động hydro tốc độ cao trong các pin nhiên liệu này đòi hỏi nước, điều này đảm bảo màng phải được ngậm nước liên tục, do đó làm tăng thêm một lớp phức tạp và chi phí thiết kế cao hơn. Nghiên cứu mới nhất tìm ra cách dẫn ion hydride âm qua vật liệu rắn ở nhiệt độ phòng.
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
