Sản xuất hydrogen tăng vọt: Phương pháp mới của các nhà khoa học Hàn Quốc giúp nâng hiệu suất điện phân thêm 40%
Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc vừa công bố một phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả cao, có thể tăng hiệu suất sản xuất hydrogen lên tới 40% trong các hệ thống điện phân nước. Phát hiện này mở ra tiềm năng lớn cho việc giảm chi phí và nâng cao hiệu quả của công nghệ hydrogen xanh.
Theo nhóm nghiên cứu, bí quyết nằm ở việc phủ một lớp polytetrafluoroethylene (PTFE) – vật liệu quen thuộc được biết đến rộng rãi với tên thương mại Teflon, thường dùng trong đồ gia dụng chống dính – lên lớp vận chuyển xốp (Porous Transport Layer – PTL), một bộ phận quan trọng trong pin điện phân nước.
Trong quá trình điện phân, hydrogen được tạo ra trên bề mặt chất xúc tác của điện cực. Tuy nhiên, các bọt khí hydrogen thường bám dính vào bề mặt xúc tác, che phủ các vị trí hoạt tính và làm giảm diện tích phản ứng hiệu quả, từ đó làm suy giảm hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Để khắc phục hiện tượng này, nhóm nghiên cứu đã áp dụng lớp phủ PTFE bằng phương pháp phun đơn giản lên PTL. Lớp phủ kỵ nước này ngăn không cho bọt khí hydrogen bám vào cấu trúc xốp, giúp khí thoát ra nhanh hơn và duy trì quá trình phản ứng ổn định.
Một điểm đáng chú ý là chỉ phần trên của PTL được phủ PTFE, trong khi phần dưới vẫn giữ nguyên. Cách thiết kế này cho phép nước tiếp tục được cấp hiệu quả đến bề mặt xúc tác, đồng thời hydrogen được loại bỏ nhanh chóng qua phần PTL đã phủ, giúp cân bằng đồng thời hai yêu cầu then chốt: cung cấp nước và thoát khí.
Giáo sư Jungki Ryu từ Trường Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học, Đại học UNIST, cho biết:
“Trước đây, người ta thường cho rằng tăng tính ưa nước của PTL sẽ cải thiện hiệu suất. Tuy nhiên, kết quả của chúng tôi cho thấy lớp phủ kỵ nước PTFE lại giúp loại bỏ hydrogen hiệu quả hơn và nâng cao hiệu suất tổng thể.”
Kết quả thử nghiệm cho thấy các pin điện phân sử dụng PTL được phủ PTFE đạt mật độ dòng điện cao hơn 40% so với pin không phủ, đồng nghĩa với tốc độ sản xuất hydrogen cao hơn đáng kể. Đồng thời, hiện tượng tăng điện áp do tích tụ bọt khí cũng được giảm rõ rệt, góp phần nâng cao hiệu suất năng lượng.
Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng quy trình phủ đơn giản, dễ mở rộng quy mô, chỉ bao gồm phun phủ và xử lý nhiệt, không cần công nghệ nano hay các bước chế tạo phức tạp. Nhóm đã chứng minh khả năng ứng dụng thực tế bằng cách phủ thành công các PTL có diện tích lớn lên tới 225 cm². Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí khoa học Advanced Science.
Giáo sư Lee, cùng Trường Kỹ thuật Năng lượng và Hóa học tại UNIST, nhận định rằng do PTFE là vật liệu phổ biến và dễ tiếp cận, phương pháp này có thể được áp dụng trực tiếp vào các hệ thống điện phân hiện có. Ngoài điện phân nước, kỹ thuật này còn có tiềm năng ứng dụng cho các hệ thống điện hóa khác có quá trình sinh khí, như pin nhiên liệu và pin kim loại–không khí.
