Một phương pháp mở đường cho việc cải tiến xe chạy bằng pin nhiên liệu.
Pin nhiên liệu hiệu quả hơn và bền hơn là điều cần thiết để các xe chạy bằng hydro hạng nặng chạy bằng pin nhiên liệu trở thành phương án thay thế cho các loại xe chạy bằng nhiên liệu đốt. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển, đã phát triển một phương pháp cải tiến để nghiên cứu và hiểu cách các bộ phận của pin nhiên liệu bị phân hủy theo thời gian. Đây là một bước quan trọng hướng tới việc cải thiện hiệu suất của pin nhiên liệu và giúp chúng trở nên thành công về mặt thương mại.
Hydro là một loại nhiên liệu thay thế đang ngày càng trở nên thú vị đối với các loại xe hạng nặng. Các loại xe chạy bằng hydro chỉ thải ra hơi nước dưới dạng khí thải và nếu hydro được sản xuất bằng năng lượng tái tạo, thì nó hoàn toàn không thải ra khí carbon dioxide. Không giống như các loại xe điện chạy bằng pin, các loại xe chạy bằng hydro không cần phải gây gánh nặng cho lưới điện vì hydro có thể được sản xuất và lưu trữ khi điện giá rẻ. Đối với một số loại xe chạy bằng hydro, lực đẩy đến từ cái gọi là pin nhiên liệu. Tuy nhiên, các loại xe chạy bằng pin nhiên liệu hydro bị hạn chế bởi tuổi thọ tương đối ngắn vì các thành phần của pin nhiên liệu, chẳng hạn như điện cực và màng, sẽ bị xuống cấp theo thời gian. Nghiên cứu gần đây giải quyết vấn đề này.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chalmers đã phát triển một phương pháp mới để nghiên cứu những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lão hóa của pin nhiên liệu bằng cách theo dõi một hạt cụ thể trong pin nhiên liệu trong quá trình sử dụng. Nhóm các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu toàn bộ pin nhiên liệu bằng cách tháo rời pin theo các khoảng thời gian đều đặn. Sử dụng kính hiển vi điện tử tiên tiến, sau đó họ có thể theo dõi cách điện cực catốt bị phân hủy ở các khu vực cụ thể trong các chu kỳ sử dụng. Các nghiên cứu trước đây đã được thực hiện trên cái gọi là nửa pin, tương tự (nhưng không giống hệt) một nửa pin nhiên liệu và được thực hiện trong các điều kiện khác biệt đáng kể so với pin nhiên liệu thực tế.
Hiểu rõ hơn với phương pháp thử nghiệm mới
Björn Wickman, trưởng nhóm nghiên cứu, Phó Giáo sư tại Khoa Vật lý của trường Chalmers, cho biết:
Trước đây người ta cho rằng hiệu suất sẽ bị ảnh hưởng bởi việc tháo rời và nghiên cứu pin nhiên liệu theo cách chúng tôi đã làm, nhưng hóa ra giả định này lại không đúng, điều này thật đáng ngạc nhiên.
Các nhà nghiên cứu tại Chalmers đã có thể khám phá cách vật liệu trong pin nhiên liệu bị phân hủy ở cả cấp độ nano và micro, và xác định chính xác thời điểm và vị trí xảy ra sự phân hủy. Điều này cung cấp thông tin có giá trị cho việc phát triển pin nhiên liệu mới và cải tiến với tuổi thọ dài hơn.
Linnéa Strandberg , nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Chalmers, cho biết:
Trước đây chúng ta chỉ quan sát quá trình lão hóa của pin nhiên liệu sau khi sử dụng, giờ đây chúng ta có thể quan sát cả giai đoạn giữa.
“Có thể theo dõi một hạt duy nhất được chọn trong một khu vực cụ thể, giúp hiểu rõ hơn nhiều về các quá trình phân hủy. Hiểu biết sâu hơn về những quá trình này là một bước quan trọng trên con đường thiết kế vật liệu mới cho pin nhiên liệu hoặc điều chỉnh khả năng kiểm soát pin nhiên liệu.”
Phương pháp mới mở đường cho pin nhiên liệu bền hơn
Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã chỉ ra rằng việc cải thiện tuổi thọ của pin nhiên liệu là một trong những mục tiêu quan trọng nhất cần đạt được trước khi xe chạy bằng hydro chạy bằng pin nhiên liệu có thể thành công về mặt thương mại. Theo ngành công nghiệp, một chiếc xe tải cần có khả năng chịu được 20.000 – 30.000 giờ lái xe trong suốt thời gian sử dụng, điều mà một chiếc xe tải chạy bằng hydro chạy bằng pin nhiên liệu hiện nay không thể đạt được.
Björn Wickman :
“Chúng tôi hiện đã đặt nền tảng để xây dựng cho sự phát triển của pin nhiên liệu tốt hơn. Bây giờ chúng tôi biết nhiều hơn về các quá trình diễn ra trong pin nhiên liệu và thời điểm diễn ra trong suốt vòng đời của pin nhiên liệu. Trong tương lai, phương pháp này sẽ được sử dụng để phát triển và nghiên cứu các vật liệu mới có thể kéo dài tuổi thọ của pin nhiên liệu,”
Sự thật: Pin nhiên liệu hoạt động như thế nào
Lõi của pin nhiên liệu bao gồm ba lớp hoạt động, hai điện cực – tương ứng là cực dương và cực âm – với một màng dẫn ion ở giữa. Mỗi cell riêng lẻ cung cấp điện áp khoảng 1 vôn. Các điện cực chứa vật liệu xúc tác và hydro và oxy được thêm vào chúng. Quá trình điện hóa kết quả tạo ra nước sạch và điện có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe.
Tìm hiểu thêm về nghiên cứu :
Nhóm nghiên cứu tại Chalmers đã phát triển phương pháp này bao gồm nghiên cứu sinh tiến sĩ Linnéa Strandberg và Phó giáo sư Björn Wickman, cả hai đều làm việc tại Khoa Vật lý, Victor Shokhen, cựu tiến sĩ sau tiến sĩ tại Khoa Vật lý và Magnus Skoglundh, Giáo sư tại Khoa Hóa học và Kỹ thuật Hóa học.
Nghiên cứu này đã được trình bày trong ba bài báo khoa học khác nhau:
- Ăn mòn hỗ trợ cacbon trong PEMFC theo sau là kính hiển vi điện tử vị trí giống hệt nhau, ACS Catalysis, ngày 16 tháng 5 năm 2024.
- Sự suy thoái điện cực của pin nhiên liệu theo sau là kính hiển vi điện tử truyền qua vị trí giống hệt nhau (Tạp chí Hóa học Vật liệu A, ngày 4 tháng 9 năm 2023)
- Tác động của các thử nghiệm ứng suất tăng tốc lên lớp xúc tác catốt trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEM) được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét vị trí giống hệt nhau (ACS Applied Energy Materials, ngày 18 tháng 8 năm 2022)
Dự án này được Quỹ Nghiên cứu Chiến lược Thụy Điển và Hội đồng Nghiên cứu Thụy Điển hỗ trợ tài chính và được thực hiện tại Trung tâm Năng lực Xúc tác, do Đại học Công nghệ Chalmers quản lý và được Cơ quan Năng lượng Thụy Điển và các công ty thành viên là Johnson Matthey, Perstorp, Powercell, Preem, Scania CV, Umicore và Volvo Group hỗ trợ tài chính.
Kính hiển vi điện tử quét và kính hiển vi điện tử truyền qua được thực hiện tại Phòng thí nghiệm phân tích vật liệu Chalmers (CMAL).
Một phương pháp mở đường cho việc cải tiến xe chạy bằng pin nhiên liệu.
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
