Rung động âm thanh tăng áp sản xuất hydro xanh
bởi Đại học RMIT
a) Sơ đồ mô tả (không theo tỷ lệ) của tế bào điện hóa SRBW bao gồm buồng điện phân thủy tinh chứa chất điện phân trung tính (natri photphat 0,1 M; Na2HPO/NaH2PO4) trên đỉnh thiết bị SRBW có kích thước chip, bao gồm một áp điện (lithium niobat; LiNbO3 ) chất nền trên đó điện cực đầu dò kỹ thuật số (IDT) được tạo khuôn. Một điện cực làm việc bằng vàng đa tinh thể (Au) hình tròn (WE) cũng được tạo hoa văn trên đế trong đường truyền SRBW bên dưới buồng. Quá trình thiết lập điện hóa được hoàn thành bằng điện cực tham chiếu Ag/AgCl (RE) và điện cực đếm dây bạch kim (Pt) (CE) được gắn trong nắp buồng. b,c) Quét rung động Doppler laze của SRBW (20 dBm) lan truyền trên chất nền LiNbO3 và qua WE (đường viền nét đứt); thanh màu biểu thị độ lớn của gia tốc bề mặt liên quan đến SRBW. Nguồn: Vật liệu Năng lượng Cao cấp (2022). DOI: 10.1002/aenm.202203164
Các kỹ sư ở Melbourne đã sử dụng sóng âm thanh để tăng sản lượng hydro xanh lên 14 lần, thông qua quá trình điện phân để tách nước.
Họ nói rằng phát minh của họ mang đến một cách đầy hứa hẹn để khai thác nguồn cung cấp nhiên liệu hydro giá rẻ dồi dào cho giao thông vận tải và các lĩnh vực khác, có thể giảm triệt để lượng khí thải carbon và giúp chống biến đổi khí hậu.
Bằng cách sử dụng các rung động tần số cao để "phân chia và chinh phục" các phân tử nước riêng lẻ trong quá trình điện phân, nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc phân tách các phân tử nước để giải phóng lượng hydro gấp 14 lần so với các kỹ thuật điện phân tiêu chuẩn.
Quá trình điện phân liên quan đến việc điện chạy qua nước có hai điện cực để phân tách các phân tử nước thành khí oxy và khí hydro, xuất hiện dưới dạng bong bóng. Quá trình này tạo ra hydro xanh, chỉ chiếm một phần nhỏ sản lượng hydro trên toàn cầu do yêu cầu năng lượng cao.
Hầu hết hydro được tạo ra từ quá trình phân tách khí tự nhiên, được gọi là hydro màu xanh lam, thải ra khí nhà kính vào khí quyển.
Phó giáo sư Amgad Rezk từ Đại học RMIT, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết sự đổi mới của nhóm đã giải quyết những thách thức lớn đối với việc sản xuất hydro xanh.
Rezk từ Trường Kỹ thuật của RMIT cho biết: "Một trong những thách thức chính của quá trình điện phân là chi phí cao của các vật liệu điện cực được sử dụng, chẳng hạn như bạch kim hoặc iridi".
"Với sóng âm giúp việc chiết xuất hydro từ nước trở nên dễ dàng hơn nhiều, nó giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng chất điện phân ăn mòn và các điện cực đắt tiền như bạch kim hoặc iridi.
"Vì nước không phải là chất điện phân ăn mòn nên chúng ta có thể sử dụng vật liệu điện cực rẻ hơn nhiều như bạc."
Rezk cho biết khả năng sử dụng vật liệu điện cực giá rẻ và tránh sử dụng chất điện phân có tính ăn mòn cao là những yếu tố thay đổi cuộc chơi để giảm chi phí sản xuất hydro xanh.
Nghiên cứu được xuất bản trong Advanced Energy Materials. Một ứng dụng bằng sáng chế tạm thời của Úc đã được nộp để bảo vệ công nghệ mới.
Tác giả đầu tiên Yemima Ehrnst cho biết sóng âm thanh cũng ngăn chặn sự tích tụ bong bóng hydro và oxy trên các điện cực, giúp cải thiện đáng kể độ dẫn điện và độ ổn định của nó.
Tiến sĩ Ehrnst cho biết: “Các vật liệu điện cực được sử dụng trong quá trình điện phân bị tích tụ khí hydro và oxy, tạo thành một lớp khí làm giảm thiểu hoạt động của các điện cực và làm giảm đáng kể hiệu suất của nó”. nhà nghiên cứu tại Trường Kỹ thuật RMIT.
Là một phần trong thí nghiệm của mình, nhóm đã đo lượng hydro được tạo ra thông qua quá trình điện phân có và không có sóng âm thanh từ đầu ra điện.
Ehrnst cho biết: "Sản lượng điện của quá trình điện phân có sóng âm thanh lớn hơn khoảng 14 lần so với quá trình điện phân không có sóng âm thanh ở một điện áp đầu vào nhất định. Điều này tương đương với lượng hydro được tạo ra".
Các ứng dụng tiềm năng của công việc của nhóm
Giáo sư nổi tiếng Leslie Yeo, một trong những nhà nghiên cứu cấp cao hàng đầu, cho biết bước đột phá của nhóm đã mở ra cơ hội sử dụng nền tảng âm thanh mới này cho các ứng dụng khác, đặc biệt là khi bong bóng tích tụ trên các điện cực là một thách thức.
Yeo từ Trường Kỹ thuật của RMIT cho biết: “Khả năng ngăn chặn sự tích tụ bong bóng trên các điện cực và nhanh chóng loại bỏ chúng thông qua các rung động tần số cao của chúng tôi thể hiện một bước tiến lớn đối với tính dẫn điện và độ ổn định của điện cực”.
"Với phương pháp của chúng tôi, chúng tôi có khả năng cải thiện hiệu quả chuyển đổi dẫn đến tiết kiệm năng lượng ròng tích cực là 27%."
Bước tiếp theo
Mặc dù sự đổi mới đầy hứa hẹn, nhóm cần phải vượt qua những thách thức bằng cách tích hợp sự đổi mới sóng âm với các máy điện phân hiện có để mở rộng quy mô công việc.
Yeo cho biết: “Chúng tôi rất muốn hợp tác với các đối tác trong ngành để thúc đẩy và bổ sung cho công nghệ máy điện phân hiện có của họ cũng như tích hợp vào các quy trình và hệ thống hiện có.
