Một công nghệ đã được phát triển bởi nhóm của Giáo sư Youngkook Kwon tại Trường Kỹ thuật Hóa học tại UNIST, nhằm cải thiện đáng kể hiệu suất của máy điện phân dùng để sản xuất hydro. Sự tiến bộ này đưa chúng ta tiến một bước gần hơn tới việc thương mại hóa công nghệ sản xuất hydro xanh.
Hình 1. Phương pháp chế tạo màng phủ chất xúc tác không chứa ionomer (CCM biến đổi; m-CCM) tại chỗ đầu tiên được phát triển bởi nhóm nghiên cứu. Tín dụng: Thư năng lượng ACS (2023). DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01418
Nhóm nghiên cứu đã tạo thành công một phương pháp chế tạo màng phủ chất xúc tác (m-CCM) mới tại chỗ, không chứa chất ionomer, cho phép tổng hợp và tích hợp lớp xúc tác giữa màng trao đổi anion (AEM) và lớp khuếch tán khí mà không cần sự cần thiết của ionomer trao đổi anion. Cách tiếp cận sáng tạo này vượt qua những hạn chế của phương pháp chế tạo lắp ráp điện cực màng thông thường (MEA).
Nghiên cứu được công bố trên ACS Energy Letters .
Bằng cách sử dụng chất xúc tác anode chuẩn không chứa kim loại nhóm bạch kim, Máy điện phân nước màng trao đổi Anion (AEMWE) được chế tạo thông qua phương pháp m-CCM đã chứng tỏ tính vượt trội về hiệu suất vượt trội so với các thiết bị MEA của nó.
Phương pháp m-CCM tối ưu hóa điện trở bề mặt, tối đa hóa việc sử dụng chất xúc tác và thiết lập sự tiếp xúc chặt chẽ, cho phép mật độ dòng điện phù hợp về mặt công nghiệp là 1 A cm -2 ở điện áp tế bào vừa phải là 1,79 V tế bào . Hơn nữa, nó còn thể hiện độ bền đặc biệt, chịu được hơn 200 giờ điện phân liên tục ở 50°C trong chất điện phân KOH 1M.
Hơn nữa, AEMWE đạt được mật độ dòng điện 500 mA cm -2 ở điện áp tế bào 1,913 V và cho thấy tốc độ phân hủy thấp 0,58 mV h -1 trong suốt 260 giờ điện phân liên tục ở mật độ dòng điện 250 mA cm -2 , tất cả đều hoạt động ở nhiệt độ 50°C trong nước siêu tinh khiết.
Hình 2. Phân tích điện hóa của AEMWE trong KOH 1 M ở 50 °C, cũng như thử nghiệm độ ổn định lâu dài của AEMWE được chế tạo bằng m-CCM, c-CCS và c-CCM với Sustainion X37-50 với mật độ dòng điện không đổi tăng dần lần lượt là 100, 500 và 1000 mA cm -2 . Tín dụng: Thư năng lượng ACS (2023). DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01418
Chìa khóa cho hiệu suất được cải thiện và độ ổn định này nằm ở sự phát triển trực tiếp của lớp xúc tác, loại bỏ sự cần thiết của các ionomer thường được sử dụng trong quá trình sản xuất cụm điện cực màng. Bằng cách loại trừ các chất ionomer và trực tiếp phát triển lớp xúc tác, phương pháp m-CCM tối ưu hóa giao diện hỗ trợ chất xúc tác màng, giúp nâng cao hiệu suất và độ ổn định.
Giáo sư Kwon cho biết: “Đảm bảo cả hiệu suất và độ ổn định của máy điện phân nước là rất quan trọng cho việc thương mại hóa công nghệ sản xuất hydro xanh”. "Bằng cách giải quyết những thách thức liên quan đến việc lắp ráp điện cực màng , chúng tôi đang đẩy nhanh việc hiện thực hóa nền kinh tế hydro."
