GIST phát triển điện cực giá rẻ, hiệu suất cao cho sản xuất hydro xanh thế hệ tiếp theo
*Bài: Annie Nguyễn – Ngày 28/05/2026*
Gwangju, Hàn Quốc – Một nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Gwangju (GIST) đã phát triển thành công điện cực xốp tích hợp từ kim loại không quý, có khả năng nâng cao cả hiệu suất và độ bền trong sản xuất hydro xanh thế hệ tiếp theo. Thành tựu này mở ra triển vọng thương mại hóa công nghệ điện phân nước hiệu suất cao, chi phí thấp.
Vào ngày 26 tháng 5, GIST công bố nhóm nghiên cứu do Giáo sư Joo Jong-hoon (Khoa Kỹ thuật Môi trường và Năng lượng) dẫn đầu, phối hợp với nhóm Giáo sư Lee Jang-yong (Đại học Konkuk) và nhóm Tiến sĩ Kim Sung-joon (Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc), đã phát triển “điện cực xốp tích hợp kim loại không quý” có thể cải thiện hiệu suất và độ bền của thiết bị sản xuất hydro xanh thế hệ mới.
Cấu trúc tích hợp đột phá
Điện cực được phát triển trong nghiên cứu này có cấu trúc tích hợp, kết hợp chức năng xúc tác chịu trách nhiệm cho phản ứng sinh khí oxy trong quá trình sản xuất hydro và chức năng vận chuyển giúp nước và khí di chuyển dễ dàng. Nhờ đó, nhóm nghiên cứu đã giảm điện trở bên trong điện cực, cho phép cấp nước và giải phóng oxy một cách trơn tru, đồng thời đạt được cả hiệu suất sản xuất hydro cao và độ ổn định lâu dài ngay cả trong điều kiện dòng điện cao.
Gần đây, “hydro xanh” đang được chú ý như một công nghệ cốt lõi để đạt được trung hòa carbon. Hydro xanh là loại hydro thân thiện với môi trường được sản xuất bằng cách điện phân nước bằng điện, không phát thải carbon. Đặc biệt, điện phân nước màng trao đổi anion (AEMWE) được công nhận là công nghệ sản xuất hydro thế hệ tiếp theo vì có thể sử dụng chất xúc tác kim loại rẻ tiền như niken (Ni) và sắt (Fe) thay vì các kim loại quý đắt tiền.
Vượt qua giới hạn của điện cực truyền thống
Các điện cực thông thường được chế tạo bằng cách xếp chồng nhiều lớp, tạo ra điện trở và có những hạn chế như bong tróc lớp xúc tác hoặc vận chuyển nước và oxy không đủ trong quá trình vận hành dài hạn. Để giải quyết những vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã thiết kế mới một điện cực xốp dựa trên hợp kim niken-sắt (NiFe-f-PTL). Cấu trúc xốp của điện cực này với các lỗ nhỏ đồng thời đóng vai trò là cả lớp xúc tác và lớp vận chuyển.
Nhờ đó, điện cực giảm tổn thất điện giữa điện cực và màng mà không cần lớp xúc tác riêng biệt hoặc ionomer như yêu cầu trong các điện cực thông thường, đồng thời cải thiện việc cung cấp nước và xả bong bóng oxy. Hơn nữa, độ ổn định cấu trúc của điện cực được tăng cường, giảm thiểu suy giảm hiệu suất ngay cả sau thời gian dài sử dụng.
Quy trình chế tạo đơn giản, dễ sản xuất hàng loạt
Nhóm nghiên cứu chế tạo điện cực bằng quy trình “đúc băng” tương đối đơn giản. Bột kim loại được tạo thành các tấm mỏng và sau đó xử lý nhiệt để tạo ra cấu trúc xốp giống như bọt biển với nhiều lỗ nhỏ. Phương pháp này cho phép kiểm soát đồng đều độ dày điện cực và cấu trúc lỗ xốp, mang lại lợi thế cho sản xuất diện rộng và sản xuất hàng loạt trong tương lai.
Hiệu suất vượt trội trong điều kiện khắc nghiệt
Nhóm nghiên cứu đã xác nhận hiệu suất của điện cực mới trong một tế bào điện phân màng trao đổi anion thực tế. Họ xác nhận rằng một lượng lớn hydro có thể được sản xuất ổn định ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao và môi trường kiềm mạnh. Trong điều kiện thử nghiệm mô phỏng vận hành thiết bị thực tế — 80 độ C và kali hydroxit (KOH) 1,0 mol (M) — điện cực đạt mật độ dòng điện cao 6,73 ampe (A/cm²) ở điện áp 1,8 vôn (V).
Trong một thử nghiệm vận hành liên tục, cùng một điện cực duy trì cấu trúc và hiệu suất ổn định trong tổng cộng 2.142 giờ mà không cần thay thế. Những kết quả này chứng minh rằng điện cực mới duy trì độ bền cao và vận hành ổn định trong thời gian dài ngay cả trong môi trường kiềm.
Tuyên bố của nhà nghiên cứu
Giáo sư Joo Jong-hoon cho biết: “Nghiên cứu này cho thấy rằng để cải thiện hiệu suất của các thiết bị điện phân nước thực tế, điều cần thiết là phải xem xét không chỉ hiệu suất xúc tác của điện cực mà còn cả quá trình vận chuyển nước và khí cũng như cấu trúc tiếp xúc giữa màng và điện cực trong giai đoạn thiết kế. Điện cực xốp tích hợp có thể đóng vai trò là công nghệ cốt lõi cho các hệ thống sản xuất hydro xanh thế hệ tiếp theo vừa hiệu suất cao vừa bền lâu.”
Công bố quốc tế
Nghiên cứu này có sự tham gia của Giáo sư Joo Jong-hoon (GIST), Giáo sư Lee Jang-yong (Đại học Konkuk) và Tiến sĩ Kim Sung-joon (Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc), với Tiến sĩ Kim Hyeri (GIST) và Nghiên cứu viên Shin Sang-hoon (Viện Nghiên cứu Công nghệ Hóa học Hàn Quốc) là đồng tác giả chính. Nghiên cứu được công bố trực tuyến trên tạp chí quốc tế Nature Communications vào ngày 13 tháng 5 năm 2026.
