Nghiên cứu tổng quan mới chỉ ra tiềm năng của xúc tác niken trong việc giảm chi phí pin nhiên liệu hydro
Ngày 4 tháng 1 năm 2026
Một nghiên cứu tổng quan khoa học mới đã phác họa lộ trình phát triển các xúc tác dựa trên niken, cho thấy khả năng giảm mạnh chi phí pin nhiên liệu hydro và mở đường cho việc triển khai quy mô lớn các công nghệ hydro sạch.
Pin nhiên liệu hydro được đánh giá là giải pháp năng lượng sạch và hiệu suất cao, tạo ra điện năng với sản phẩm phụ duy nhất là nước. Tuy nhiên, việc thương mại hóa lâu nay vẫn bị hạn chế do phụ thuộc vào các kim loại quý như bạch kim làm xúc tác, vốn có chi phí cao và nguồn cung hạn chế. Nghiên cứu mới cho thấy niken là một lựa chọn thay thế không kim loại quý đầy triển vọng cho phản ứng oxy hóa hydro trong môi trường kiềm.
Nhóm nghiên cứu đến từ Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung cùng các đối tác đã công bố bài tổng quan toàn diện trên tạp chí eScience vào tháng 9 năm 2025. Bài báo hệ thống hóa các tiến bộ gần đây về xúc tác điện hóa dựa trên niken, kết hợp phân tích cơ chế phản ứng, tiêu chí đánh giá hiệu suất và chiến lược thiết kế vật liệu.
Nghiên cứu chỉ ra rằng trong pin nhiên liệu màng trao đổi anion kiềm (AEMFC), động học phản ứng oxy hóa hydro chậm hơn từ hai đến ba bậc độ lớn so với môi trường axit, tạo ra nút thắt lớn về hiệu suất. Mặc dù niken có trữ lượng dồi dào và đặc tính điện tử tương đồng với bạch kim, vật liệu này vẫn gặp hạn chế do liên kết hydro quá mạnh và dễ bị oxy hóa bề mặt.
Bài tổng quan phân tích chi tiết các con đường phản ứng như Tafel, Volmer và Heyrovsky, đồng thời đánh giá các lý thuyết mới nổi như cơ chế hấp phụ hydroxide hai chức năng, hiệu ứng thế điện tích bằng không, vai trò của cation kiềm và mạng liên kết hydro. Các tác giả nhận định rằng chưa có mô hình đơn lẻ nào giải thích đầy đủ hành vi của phản ứng trong môi trường kiềm.
Để tăng tính so sánh giữa các nghiên cứu, nhóm tác giả đề xuất quy trình chuẩn hóa đánh giá điện hóa, đặc biệt lưu ý đến hiện tượng oxy hóa niken trong quá trình đo. Các chỉ tiêu như mật độ dòng động học, mật độ dòng trao đổi, hoạt tính khối lượng, khả năng chịu CO, độ bền và mật độ công suất cực đại được tổng hợp và đối chiếu một cách hệ thống.
Nhiều vật liệu tiên tiến được nêu bật, bao gồm hợp kim NiCu, xúc tác MoNi₄, hạt nano Ni₃N, thủy tinh kim loại ba thành phần Ni–Mo–Nb, cũng như các hệ đa hợp kim có pha tạp sắt, coban, vonfram hoặc đồng. Một số hệ vật liệu đạt hoặc vượt hoạt tính khối lượng của bạch kim trong môi trường kiềm, đồng thời có khả năng chống ngộ độc CO và suy giảm cấu trúc tốt hơn.
Các tác giả nhấn mạnh rằng niken không chỉ là giải pháp thay thế chi phí thấp, mà còn là nền tảng xúc tác có thể điều chỉnh linh hoạt. Trong thời gian tới, việc kết hợp các kỹ thuật phân tích in-situ, mô phỏng tính toán tiên tiến và tiêu chuẩn thử nghiệm thống nhất được xem là chìa khóa để đưa xúc tác niken từ phòng thí nghiệm ra ứng dụng pin nhiên liệu thực tế.
Theo đánh giá của nghiên cứu, nếu tiếp tục cải thiện hoạt tính và độ bền thông qua thiết kế hợp kim, kiểm soát khuyết tật và cấu trúc bề mặt, các xúc tác dựa trên niken có thể trở thành trụ cột quan trọng của công nghệ pin nhiên liệu hydro chi phí thấp trong giao thông, phát điện phân tán và các thiết bị năng lượng thế hệ mới.
