Theo dõi cách các tạp chất kim loại nhỏ có thể làm hỏng pin nhiên liệu
bởi Brian Owens, Canadian Light Source
Sơ đồ tóm tắt các nguồn ô nhiễm cation khác nhau đối với pin nhiên liệu PEMFC. Nguồn: Tạp chí Hiệp hội Điện hóa (2025). DOI: 10.1149/1945-7111/addd6a
Pin nhiên liệu hydro là một ứng cử viên đầy hứa hẹn để thay thế động cơ đốt trong, đặc biệt là đối với các phương tiện hạng nặng như xe tải đường dài và xe nâng. Thay vì đốt cháy nhiên liệu, hydro phản ứng với oxy để tạo ra điện giống như pin, đồng thời không tạo ra khí thải carbon dioxide.
Nhưng khi pin nhiên liệu hoạt động, chúng bị ô nhiễm bởi các hạt kim loại nhỏ, tích điện dương - còn được gọi là cation kim loại - có thể làm giảm hiệu suất của chúng. Những hạt này có thể đến từ bất cứ đâu - tạp chất trong hydro, sự phân hủy các bộ phận kim loại của pin, hoặc thậm chí là không khí - và chúng là "tin xấu", ChungHyuk Lee, một kỹ sư hóa học tại Đại học Toronto Metropolitan, cho biết.
"Chúng tích tụ trong các lớp xúc tác của pin và cản trở phản ứng hóa học", ông nói.
Để tìm hiểu chính xác cách các cation này hoạt động trong pin nhiên liệu, Lee và các đồng nghiệp đã thêm các ion coban vào pin nhiên liệu và sử dụng ánh sáng cực mạnh của Nguồn sáng Canada (CLS) tại Đại học Saskatchewan để theo dõi chuyển động của chúng thông qua một phiên bản pin nhiên liệu đơn giản. Nghiên cứu này được công bố trên Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa.
Việc sử dụng đường chùm tia BioXAS tại CLS là rất quan trọng đối với thí nghiệm, Lee cho biết, vì các cation di chuyển quá nhanh đến nỗi không có thiết bị nào khác đủ nhanh để ghi lại chuyển động của chúng. Họ đã sử dụng các phép đo thu thập được tại CLS để xây dựng một mô hình toán học nhằm dự đoán khoảng cách và tốc độ di chuyển của chúng trong một pin thực tế trong các điều kiện khác nhau.
Họ phát hiện ra rằng các cation đặc biệt linh động trong điều kiện ẩm ướt hơn, điều này thường gặp trong pin nhiên liệu và do đó làm cho việc kiểm soát các chất gây ô nhiễm trở nên khó khăn hơn. Và chúng có xu hướng bị kẹt bên trong các lớp xúc tác mỏng nhưng "xoắn ốc và quanh co", nơi chúng cản trở các phản ứng tạo ra điện.
Việc tìm hiểu thêm về cách các chất gây ô nhiễm cation hoạt động trong pin nhiên liệu sẽ giúp các nhà khoa học phát triển các vật liệu mới và phương pháp vận hành pin giúp giảm thiểu ô nhiễm hoặc loại bỏ chúng, nhờ đó thế hệ pin nhiên liệu tiếp theo có tuổi thọ cao hơn và hoạt động hiệu quả hơn, Lee, người nhận Giải thưởng Nhà nghiên cứu Xuất sắc Đầu sự nghiệp của CLS năm 2023, cho biết.
"Chúng ta cần suy nghĩ về các chiến lược vật liệu hoặc chiến lược vận hành có thể giúp các cation này di chuyển ra khỏi chất xúc tác", ông nói.
Thông tin thêm: Andre P. C. Lee và cộng sự, Làm sáng tỏ các đặc tính vận chuyển cation trong màng Nafion và mạng lưới ionomer điện cực thông qua hình ảnh huỳnh quang tia X, Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa (2025). DOI: 10.1149/1945-7111/addd6a
Thông tin tạp chí: Tạp chí của Hội Điện hóa
Được cung cấp bởi Canadian Light Source
