Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), nhu cầu hydro toàn cầu dự kiến sẽ đạt 530 triệu tấn vào năm 2050, tăng gần gấp sáu lần so với năm 2020.
Hình ảnh hydroxit kép phân lớp niken-sắt-coban được hỗ trợ trên cacbon tinh thể kỵ nước và hình ảnh cacbon tinh thể. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Hiện nay, phương pháp sản xuất hydro cơ bản liên quan đến phản ứng giữa khí tự nhiên và hơi nước, tạo ra thứ gọi là hydro xám do lượng khí thải carbon dioxide của nó, chiếm khoảng 80% tổng sản lượng hydro. Ngược lại, hydro xanh được sản xuất thông qua điện phân nước bằng điện, không thải ra carbon dioxide. Tuy nhiên, thách thức nằm ở việc không thể tránh khỏi việc sử dụng các chất xúc tác kim loại quý đắt tiền, chẳng hạn như oxit iridium.
Một nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Yoo Sung Jong thuộc Trung tâm Nghiên cứu Hydro và Tế bào Nhiên liệu tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) dẫn đầu đã thành công trong việc giảm đáng kể chi phí sản xuất hydro xanh bằng cách triển khai thiết bị điện phân nước màng trao đổi anion với hiệu suất và độ bền tuyệt vời bằng cách giới thiệu vật liệu hỗ trợ carbon.
Chất mang carbon đã được sử dụng làm chất mang cho các chất xúc tác điện khác nhau do tính dẫn điện cao và diện tích bề mặt riêng của chúng, nhưng việc sử dụng chúng bị hạn chế vì chúng dễ bị oxy hóa thành carbon dioxide trong điều kiện điện phân nước, đặc biệt ở điện áp cao và khi có nước.
Hình ảnh vi mô điện tử truyền qua phụ thuộc thời gian của quá trình tổng hợp hydroxit kép hai lớp niken-sắt-coban trên vật liệu hỗ trợ carbon, hình ảnh ánh xạ nguyên tố TEM và EDS quét có độ phân giải cao. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Đánh giá hoạt tính điện hóa của kết quả thử nghiệm hydroxit kép và tế bào đơn lớp niken-sắt-coban. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)
Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp vật liệu hydroxit kép nhiều lớp niken-sắt-coban, một chất thay thế rẻ hơn đáng kể cho iridium, trên chất mang carbon kỵ nước và sử dụng nó làm chất xúc tác điện cho phản ứng tạo ra oxy trong điện phân màng trao đổi anion. Chất xúc tác cho thấy độ bền tuyệt vời do cấu trúc phân lớp phải đối mặt với chất hỗ trợ carbon kỵ nước và chất xúc tác hydroxit kép lớp niken-sắt-coban.
Về vấn đề ăn mòn cacbon, người ta nhận thấy rằng việc tạo ra cacbon dioxit trong quá trình ăn mòn đã giảm hơn một nửa, chủ yếu là do giảm tương tác với nước, một yếu tố quan trọng gây ra sự ăn mòn cacbon.
Theo kết quả đánh giá hiệu suất, người ta nhận thấy rằng chất hỗ trợ xúc tác mới được phát triển đã đạt được mật độ dòng điện 10,29 A/cm2 trong vùng 2V, vượt quá mật độ dòng điện 9,38 A/cm2 của oxit iridium thương mại và đã chứng minh được thời gian sử dụng lâu dài. -Độ bền lâu dài khoảng 550 giờ. Các nhà nghiên cứu cũng xác nhận mối tương quan giữa hiệu suất điện phân và tính kỵ nước của carbon, lần đầu tiên cho thấy tính kỵ nước của chất mang có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của thiết bị điện phân nước.
“Kết quả của nghiên cứu này khẳng định khả năng ứng dụng của các thiết bị điện phân nước trên vật liệu carbon, vốn trước đây bị hạn chế sử dụng do vấn đề ăn mòn và dự kiến công nghệ điện phân nước có thể phát triển lên một tầm cao mới nếu nghiên cứu tập trung vào phát triển chất xúc tác”. được mở rộng sang nhiều hỗ trợ khác nhau."
Tiến sĩ Yoo Sung Jong Yoo tại KIST cho biết: “Chúng tôi sẽ cố gắng phát triển nhiều công nghệ năng lượng thân thiện với môi trường, bao gồm cả sản xuất hydro xanh”.
