Nguyên lý ngăn ngừa sự suy thoái và oxy hóa của ionomer trong quá trình sản xuất hydro thông qua máy điện phân nước màng trao đổi anion (AEMWE) đã được phát hiện lần đầu tiên. Bước đột phá này dự kiến sẽ nâng cao cả hiệu suất và độ bền của các thiết bị sản xuất hydro.
Sơ đồ chiến lược tổng thể để ngăn ngừa quá trình oxy hóa điện hóa của ionomer. Tín dụng: ACS Energy Letters (2024). DOI: 10.1021/acsenergylett.4c00832
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Seung Geol Lee thuộc Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại UNIST dẫn đầu đã giới thiệu một công nghệ AEMWE mới sử dụng chất xúc tác kim loại không phải bạch kim giá rẻ. Bằng cách cho phép kali bám vào bề mặt chất xúc tác, phương pháp này giảm thiểu tiếp xúc trực tiếp với ionomer, có khả năng giảm chi phí sản xuất hydro.
Những phát hiện này đã được công bố trực tuyến trên ACS Energy Letters vào ngày 2 tháng 6 năm 2024.
Trong các thiết bị sản xuất hydro thông thường, tính chất của các ion tạo điều kiện cho quá trình vận chuyển ion có xu hướng suy giảm theo thời gian, dẫn đến hiệu quả sản xuất hydro giảm và tuổi thọ của thiết bị ngắn lại.
Nhóm nghiên cứu đã tận dụng thực tế là năng lượng hấp phụ của kali lớn hơn gấp ba lần so với các hợp chất hữu cơ. Phát hiện của họ chỉ ra rằng các chất như kali hydroxit và natri hydroxit có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ ổn định của hệ thống AEMWE.
Bằng cách hấp phụ vật liệu cation lên bề mặt chất xúc tác, tiếp xúc trực tiếp giữa ionomer và chất xúc tác bị giảm. Cơ chế này đã được xác nhận bằng lý thuyết hàm mật độ (DFT), tính toán cấu trúc điện tử của vật liệu, qua đó chứng minh rằng quá trình oxy hóa ionomer có thể được ngăn ngừa trong khi vẫn duy trì hiệu suất sản xuất hydro.
Trong khi những nỗ lực trước đây nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng dung dịch kali hydroxit và natri hydroxit có tính kiềm cao vẫn chưa làm sáng tỏ các nguyên tắc cơ bản, thì chiến lược hấp phụ cạnh tranh được xác định trong nghiên cứu này hứa hẹn sẽ thúc đẩy quá trình thương mại hóa các chất xúc tác giá rẻ.
Nhà nghiên cứu Jihoon Lim, tác giả đầu tiên, tuyên bố: "Chiến lược hấp phụ cạnh tranh làm giảm hiệu quả quá trình oxy hóa điện hóa của vật liệu ionomer tại giao diện với chất xúc tác".
Giáo sư Lee cho biết: "Nghiên cứu này mở ra hướng đi cải thiện hiệu suất và độ ổn định của nhiều thiết bị năng lượng khác nhau, bao gồm cả hệ thống AEMWE kiềm hiệu suất cao".
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
