Tăng cường độ bền của pin nhiên liệu hydro thông qua lớp phủ oxit vonfram
của Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang
Mặt cắt ngang của cấu trúc bên trong của một tế bào chứa thành phần anốt được lắng đọng WO3. Thành phần anốt được lắng đọng bằng WO3 là (A) BP, (B) GDL và (C) MEA. Nguồn: Tiến bộ khoa học (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adi5696
Khi mua điện thoại thông minh, một trong những cân nhắc chính của bạn thường là tìm một chiếc ốp lưng bền và miếng bảo vệ màn hình để bảo vệ thiết bị khỏi tác hại từ bên ngoài. Tương tự, một nhóm các nhà nghiên cứu từ POSTECH gần đây đã thu hút sự chú ý trong giới học thuật bằng cách giới thiệu lớp phủ vonfram có chức năng như một tấm chắn, giống như các vỏ và màng bảo vệ này, dành cho các điện cực pin nhiên liệu hydro thân thiện với môi trường.
Giáo sư Yong-Tae Kim từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu và Viện Sau đại học Công nghệ Vật liệu Sắt & Sinh thái và cùng với Sang-Hoon You, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang ( POSTECH), đã phủ một lớp oxit vonfram (WO3) vào cụm điện cực màng (MEA), một thành phần quan trọng của pin nhiên liệu hydro.
Sự đổi mới này nhằm mục đích nâng cao hiệu suất và hiệu quả của điện cực. Nghiên cứu của họ đã được xuất bản trên tạp chí Science Advances.
Trong trường hợp phương tiện chạy bằng hydro, khi chúng được khởi động hoặc dừng đột ngột (khởi động/tắt, SU/SD), không khí bên ngoài sẽ được hút vào trong xe. Ôxy có trong không khí này sẽ kích hoạt phản ứng điện hóa ngoài ý muốn bên trong pin nhiên liệu, đẩy nhanh quá trình phân hủy chất xúc tác. Do tính chất của điều kiện lái xe, việc xảy ra SU/SD thường xuyên là không thể tránh khỏi, dẫn đến sự xuống cấp đáng kể của chất xúc tác.
Nhóm nghiên cứu đã khai thác khái niệm chuyển tiếp chất cách điện kim loại (MIT) để giải quyết thách thức này. MIT là hiện tượng trong đó chất cách điện có khả năng dẫn điện khi chịu tác động của các yếu tố bên ngoài như thay đổi nồng độ hoặc nhiệt độ của khí xung quanh. WO3 sở hữu đặc tính độc đáo là dẫn điện có chọn lọc khi các proton được xen kẽ/khử xen kẽ bằng cách khai thác hiện tượng MIT.
Để giải quyết vấn đề, nhóm đã phủ một lớp phủ WO3 lên lớp xúc tác ở cực dương của MEA. Trong điều kiện hoạt động bình thường, lớp phủ này duy trì tính dẫn điện. Tuy nhiên, nó cản trở có chọn lọc dòng điện chỉ trong điều kiện khởi động/tắt (SU/SD), ngăn chặn các phản ứng điện hóa dẫn đến ăn mòn chất xúc tác.
Khi MEA được phủ WO3 được tích hợp vào pin nhiên liệu thực tế, chất xúc tác vẫn không bị ăn mòn trong các sự kiện SU/SD, cho thấy tỷ lệ duy trì hiệu suất ấn tượng là 94%. Công nghệ của nhóm, liên quan đến việc ứng dụng WO3 cho MEA, không chỉ nâng cao độ bền của pin mà còn mang lại lợi thế khi tích hợp vào quy trình sản xuất hàng loạt hiện có cho MEA.
Giáo sư Yong-Tae Kim cho biết: "Sự đổi mới này sẽ góp phần trực tiếp và đáng kể vào việc nâng cao độ bền của các phương tiện sử dụng pin nhiên liệu hydro thương mại. Hơn nữa, nó có thể dễ dàng áp dụng cho các quy trình sản xuất hàng loạt MEA, đơn giản hóa việc triển khai thực tế."
