Một nhóm nghiên cứu do Atsushi Noro dẫn đầu tại Đại học Nagoya ở Nhật Bản đã công bố một khái niệm thiết kế mới cho chất điện phân pin nhiên liệu, sử dụng polyme axit phosphonic với các miếng đệm hydrocarbon. Khái niệm sáng tạo này cho phép pin nhiên liệu hoạt động hiệu quả trong điều kiện nhiệt độ cao (trên 100°C) và độ ẩm thấp, giải quyết các rào cản quan trọng đối với việc sử dụng rộng rãi hơn.
Khái niệm mới về chất điện phân polyme pin nhiên liệu bền vững vượt qua rào cản trong việc sử dụng ở nhiệt độ cao, độ ẩm thấp, thúc đẩy mục tiêu phát thải carbon ròng bằng 0. Tín dụng: Atsushi Noro
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí ACS Applied Polymer Materials.
Bằng cách phản ứng điện hóa giữa hydro và oxy, pin nhiên liệu tạo ra điện trong khi chỉ phát ra nước, làm nổi bật khả năng năng lượng sạch của chúng. Tuy nhiên, polyme axit perfluorosulfonic, một loại chất per- và polyfluoroalkyl (PFAS) thường được sử dụng trong pin nhiên liệu, đang gây ra phản ứng dữ dội. Sự hiện diện của PFAS trong môi trường và sự tích tụ của chúng trong các sinh vật sống đã thúc đẩy các biện pháp quản lý ở nhiều quốc gia.
Không giống như PFAS, polyme hydrocarbon axit phosphonic không chứa flo, khiến chúng ít có khả năng tồn tại trong môi trường. Các polyme này cũng thể hiện độ ổn định hóa học vừa phải trong điều kiện nhiệt độ cao và độ ẩm thấp. Bất chấp những ưu điểm này, độ dẫn điện kém và bản chất ưa nước của các nhóm axit phosphonic, thu hút nước, hạn chế việc sử dụng chúng, có khả năng dẫn đến hòa tan trong môi trường ẩm ướt.
Để khắc phục những thách thức này, Noro đã giới thiệu một miếng đệm kỵ nước giữa xương sống polyme và các nhóm axit phosphonic của polyme hydrocarbon axit phosphonic. Điều này cho phép không tan trong nước, ổn định hóa học và độ dẫn điện vừa phải, ngay cả ở nhiệt độ cao và độ ẩm thấp. Ngoài ra, miếng đệm kỵ nước đẩy nước hiệu quả, đảm bảo duy trì được tính ổn định của vật liệu.
Màng mới này có khả năng không tan trong nước nóng cao hơn đáng kể so với màng axit phosphonic polystyrene không có miếng đệm kỵ nước và màng polystyrene sulfonat liên kết ngang có bán trên thị trường.
Noro cho biết: "Trong điều kiện nhiệt độ 120°C và độ ẩm tương đối 20%, độ dẫn điện của màng được phát triển cao hơn 40 lần so với màng axit polystyrene phosphonic và cao hơn 4 lần so với màng polystyrene sulfonat liên kết ngang".
Noro cho biết thêm: "Việc tìm ra một loại pin nhiên liệu hoạt động trong điều kiện độ ẩm thấp và nhiệt độ cao mang lại nhiều lợi thế cho xe chạy bằng pin nhiên liệu".
"Đầu tiên, các phản ứng ở điện cực của pin nhiên liệu diễn ra nhanh hơn ở nhiệt độ cao hơn, giúp tăng cường hiệu suất tổng thể của pin nhiên liệu và cải thiện hiệu quả phát điện.
"Thứ hai, việc ngộ độc carbon monoxide (CO) ở điện cực được giảm thiểu, vì một lượng nhỏ CO trong nhiên liệu hydro có xu hướng hấp thụ vào chất xúc tác ở nhiệt độ thấp hơn, nhưng không hấp thụ ở nhiệt độ cao hơn.
"Thứ ba, pin nhiên liệu có khả năng tản nhiệt hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao, cho phép thiết kế hệ thống làm mát đơn giản hơn và không cần tạo ẩm bên ngoài, giúp hệ thống nhẹ hơn và nhỏ gọn hơn."
Theo Lộ trình phát triển công nghệ pin nhiên liệu và hydro của Tổ chức phát triển công nghệ công nghiệp và năng lượng mới (NEDO), khái niệm thiết kế đề xuất cho màng điện phân được trình bày trong nghiên cứu này đánh dấu một đóng góp to lớn vào việc phát triển pin nhiên liệu thế hệ tiếp theo hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang một xã hội không phát thải carbon.
Các đơn xin cấp bằng sáng chế cho các vật liệu liên quan đến khái niệm thiết kế được đề xuất đã được nộp tại Nhật Bản và một số quốc gia khác.
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
