Nghiên cứu do UCLA dẫn đầu tăng gấp đôi mục tiêu tuổi thọ của pin nhiên liệu DOE với vật liệu xúc tác mới
Giáo sư Xiangfeng Duan và đồng tác giả đầu tiên, cựu sinh viên Tiến sĩ Bosi Peng (Tiến sĩ '22), là thành viên của nhóm do UCLA đứng đầu đã phát triển một chất xúc tác nano bạch kim siêu mịn được nhúng các cụm oxit coban, đã được chứng minh là có khả năng làm giảm sự hòa tan bạch kim và tăng đáng kể hiệu suất cũng như độ bền của pin nhiên liệu.
Tiến sĩ Peng hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong nhóm Sargent tại Đại học Northwestern.
Một nhóm nghiên cứu do các nhà khoa học vật liệu và hóa học của UCLA đứng đầu đã thiết kế ra một chất xúc tác mới có thể giúp pin nhiên liệu bền hơn, gần gấp đôi mục tiêu tuổi thọ dự kiến do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đặt ra.
Tiến bộ trong việc nhúng các cụm oxit coban vào chất xúc tác bạch kim siêu mịn đã tạo ra các pin nhiên liệu bền hơn nhiều, được coi là phương tiện hiệu quả nhất để tạo ra điện với lượng khí thải carbon hạn chế.
Một nghiên cứu phác thảo những phát hiện này đã được công bố gần đây trên tạp chí Nature Catalysis . Dưới sự chỉ đạo của giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật tại Trường Kỹ thuật Samueli UCLA Yu Huang , các nhà nghiên cứu ước tính rằng các loại xe hạng nhẹ, chẳng hạn như xe ô tô chở khách, được trang bị pin nhiên liệu bền mới có thể hoạt động được hơn 15.000 giờ — dài hơn 87,5% so với mục tiêu cuối cùng của bộ phận năng lượng là 8.000 giờ, hay khoảng 150.000 dặm. Tuổi thọ được cải thiện cũng có thể có lợi cho các loại xe hạng nặng, chẳng hạn như xe đầu kéo đường dài, bằng cách tăng nhẹ việc sử dụng chất xúc tác platin oxit nhúng.
Pin nhiên liệu màng trao đổi proton chuyển đổi trực tiếp năng lượng hóa học trong hydro thành điện là công nghệ phát điện không phát thải hấp dẫn. Bên trong pin, màng được phủ một chất xúc tác, chẳng hạn như hợp kim bạch kim, giúp kích hoạt và tăng tốc phản ứng hóa học chậm chạp chuyển đổi năng lượng được lưu trữ trong các nguyên tử hydro thành điện. Phản ứng này phá vỡ các nguyên tử hydro thành các proton và electron cấu thành của chúng, với hơi nước là sản phẩm phụ phát thải duy nhất của phản ứng. Đây là lý do tại sao việc áp dụng rộng rãi các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu là một lựa chọn hấp dẫn để đáp ứng các mục tiêu về tính bền vững của khí hậu.
Tuy nhiên, rất khó để tìm ra điểm cân bằng giữa hiệu quả xúc tác và độ bền của pin nhiên liệu vì bạch kim bị hòa tan theo thời gian, làm giảm hiệu suất của pin nhiên liệu.
Hoàng nói
“Một thách thức lớn trong việc áp dụng pin nhiên liệu rộng rãi hơn vẫn là duy trì hiệu suất tối ưu của chúng đủ lâu để có thể khả thi về mặt thương mại”,
người nắm giữ Ghế tài trợ Traugott và Dorothea Frederking tại UCLA Samueli. “Nghiên cứu của chúng tôi đã chứng minh một khung bên trong nguyên tử giữ các nguyên tử bạch kim tại chỗ trong chất xúc tác để chúng duy trì ổn định trong một thời gian dài.”
Thay vì sử dụng hợp kim bạch kim truyền thống, các nhà nghiên cứu đã nhúng các cụm phân tử coban-oxit vào bên trong lớp vỏ nguyên tử bạch kim. Thiết kế này tận dụng tương tác mạnh mẽ giữa platin và oxit, giúp chất xúc tác bền hơn về mặt cấu trúc và hóa học mà không làm giảm hoạt động của pin nhiên liệu. Cấu trúc lai tạo ra giúp các ion bạch kim bám dính và ở lại với nhau mặc dù sử dụng trong thời gian dài, giúp giảm chi phí thay thế chất xúc tác. Trong các thí nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu thấy thiết kế này vượt trội hơn hợp kim bạch kim-coban truyền thống về độ bền và tuổi thọ. Nhóm nghiên cứu cũng đã xác minh cấu trúc nano bằng một bộ kỹ thuật vi mô, quang phổ và mô phỏng.
Các tác giả chính của nghiên cứu này là Bosi Peng và Zeyan Liu, những người tốt nghiệp Tiến sĩ tại UCLA, thuộc Nhóm nghiên cứu Huang , chuyên phát triển các khối xây dựng ở cấp độ nano cho các vật liệu phức tạp, bao gồm cả chất xúc tác pin nhiên liệu.
Cùng tham gia với Huang với tư cách là đồng tác giả liên lạc cấp cao là Alessandro Fortunelli của Hội đồng nghiên cứu quốc gia Ý. Giáo sư hóa học và sinh hóa Xiangfeng Duan của UCLA và giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật Xiaoqing Pan của UC Irvine cũng là tác giả của nghiên cứu, được tài trợ một phần bởi Văn phòng nghiên cứu hải quân Hoa Kỳ.
Duan và Huang là thành viên của Viện NanoSystems California tại UCLA. Nhóm phát triển công nghệ UCLA đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời của Hoa Kỳ cho công nghệ này.
Nghiên cứu do UCLA dẫn đầu tăng gấp đôi mục tiêu tuổi thọ của pin nhiên liệu DOE với vật liệu xúc tác mới
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
