Những tiến bộ trong các tế bào điện hóa gốm hứa hẹn sản xuất hydro đáng tin cậy hơn và lưu trữ năng lượng sạch
Tác giả: Kat Gebauer, Đại học Oklahoma
Thiết kế lại nửa tế bào để giải quyết câu đố về thiêu kết màng BZY. Nguồn: Nature Synthesis (2025). DOI: 10.1038/s44160-025-00765-z
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Oklahoma đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong công nghệ đầy hứa hẹn để chuyển đổi năng lượng hiệu quả và xử lý hóa học. Hai nghiên cứu gần đây liên quan đến các tế bào điện hóa gốm proton, được gọi là PCEC, giải quyết những thách thức đáng kể trong sản xuất điện hóa và hiệu quả. Những cải tiến này là một bước quan trọng hướng tới các giải pháp đáng tin cậy và giá cả phải chăng cho sản xuất hydro và lưu trữ năng lượng sạch.
Các nghiên cứu được dẫn dắt bởi Hanping Ding, Tiến sĩ, phó giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ và Cơ khí thuộc Đại học Oklahoma.
PCEC theo truyền thống đã phải vật lộn để duy trì hiệu suất trong điều kiện khắc nghiệt cần thiết cho mục đích sử dụng thương mại. Trong một nghiên cứu được giới thiệu trên tạp chí Nature Synthesis, Ding và các đồng nghiệp đã báo cáo một phương pháp mới giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng vật liệu gốc xeri, vốn dễ bị phân hủy dưới tác động của hơi nước và nhiệt độ cao.
Thay vào đó, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một phương pháp để sản xuất chất điện phân gốc bari zirconat tinh khiết, có khả năng ổn định ở nhiệt độ vận hành thấp kỷ lục, một bước tiến cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả trong điều kiện điện hóa khắc nghiệt.
Một nghiên cứu thứ hai, được công bố trên tạp chí Nature Communications, đã giải quyết một thành phần quan trọng khác: điện cực oxy. Dưới sự chỉ đạo của nhóm nghiên cứu của Ding và sinh viên tốt nghiệp Shuanglin Zheng, các nhà nghiên cứu đã phát triển một điện cực kiến trúc nano siêu xốp mới có độ dẫn điện ba pha, nghĩa là nó có thể vận chuyển electron, ion oxy và proton, giúp cải thiện đáng kể động học điện phân.
Thiết kế này cho phép các tế bào hoạt động tốt hơn khi sử dụng nhiều và làm nổi bật vai trò quan trọng của việc tối ưu hóa cấu trúc vi mô của điện cực để cân bằng hoạt động bề mặt và độ bền. Sự phát triển này đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới việc hiện thực hóa các PCEC hiệu quả, có thể đảo ngược và hiệu suất cao cho cả sản xuất hydro và tạo ra điện.
"Những phát hiện này đại diện cho những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực điện phân hơi nước nhiệt độ cao", Ding cho biết. "Bằng cách giải quyết những thách thức chính trong quá trình xử lý chất điện phân và thiết kế điện cực, chúng tôi đang khai thác toàn bộ tiềm năng của PCEC cho các ứng dụng năng lượng bền vững".
Những đột phá kép này đại diện cho một bước tiến có ý nghĩa hướng tới việc triển khai rộng rãi hơn PCEC trong sản xuất hydro, phát điện và sản xuất hóa chất. Ngoài việc cải thiện hiệu suất cốt lõi, nghiên cứu của Ding còn cung cấp những hiểu biết liên quan đến các công nghệ khác, chẳng hạn như pin nhiên liệu kiềm, máy điện phân nước và cảm biến sinh học.
Cùng nhau, những phát hiện này nhấn mạnh vai trò ngày càng mở rộng của OU trong đổi mới năng lượng, đặc biệt là trong việc phát triển các hệ thống thế hệ tiếp theo nhằm mục đích giảm phát thải và chuyển đổi cơ sở hạ tầng toàn cầu sang các nguồn năng lượng bền vững hơn.
Thông tin thêm: Wei Tang và cộng sự, Sintering protonic zirconate cells with enhance electrolysis stability and Faradaic efficiency, Nature Synthesis (2025). DOI: 10.1038/s44160-025-00765-z
Shuanglin Zheng và cộng sự, Tăng cường hoạt động bề mặt và độ bền trong điện cực dẫn điện ba lần cho các tế bào điện hóa gốm proton, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59477-9
Thông tin tạp chí: Nature, Nature Communications, Nature Synthesis
Do Đại học Oklahoma cung cấp
