Tiến gần hơn đến kỷ nguyên hydro xanh: Vật liệu mới thúc đẩy hiệu quả sản xuất và giảm chi phí
của Hội đồng nghiên cứu khoa học và công nghệ quốc gia
Chất xúc tác cho quá trình điện phân nước AEM do KRISS phát triển. Nguồn: Viện nghiên cứu tiêu chuẩn và khoa học Hàn Quốc (KRISS)
Các nhà nghiên cứu tại Hàn Quốc đã phát triển thành công một vật liệu mới giúp tăng đáng kể hiệu quả sản xuất hydro xanh đồng thời giảm chi phí.
Viện nghiên cứu tiêu chuẩn và khoa học Hàn Quốc (KRISS) đã phát triển một chất xúc tác kim loại cơ bản hiệu suất cao để sử dụng trong quá trình điện phân nước màng trao đổi anion (AEM). Chất xúc tác mới được phát triển này không chỉ có giá cả phải chăng hơn các chất thay thế dựa trên kim loại quý mà còn thể hiện hiệu suất vượt trội, đưa quá trình thương mại hóa hydro xanh tiến gần hơn một bước.
Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Applied Catalysis B: Environmental and Energy.
Hiện nay, các hệ thống điện phân nước AEM chủ yếu dựa vào chất xúc tác kim loại quý như bạch kim (Pt) và iridi (Ir). Tuy nhiên, chi phí cao của những vật liệu này và khả năng phân hủy của chúng làm tăng đáng kể chi phí sản xuất hydro. Để vượt qua thách thức này, việc phát triển các chất xúc tác kim loại cơ bản bền và giá cả phải chăng là điều cần thiết.
Nhóm đo lường vật liệu mới nổi KRISS đã thành công trong việc phát triển các chất xúc tác kim loại cơ bản bằng cách đưa một lượng nhỏ ruthenium (Ru) vào molypden dioxide có cấu trúc niken molypden (MoO2-Ni4Mo). Mặc dù molypden dioxide có độ dẫn điện cao, nhưng việc sử dụng nó làm chất xúc tác điện phân nước bị hạn chế do bị phân hủy trong môi trường kiềm.
Một nhà nghiên cứu đang vận hành hệ thống điện phân nước bằng các chất xúc tác mới được phát triển. Nguồn: Viện nghiên cứu tiêu chuẩn và khoa học Hàn Quốc (KRISS)
Thông qua phân tích cấu trúc toàn diện, các nhà nghiên cứu đã xác định được sự hấp phụ ion hydroxide (OH-) trên molypden dioxide là nguyên nhân chính gây ra sự phân hủy. Dựa trên những phát hiện này, họ đã đưa ra một phương pháp để kết hợp ruthenium ở tỷ lệ tối ưu để ngăn ngừa sự phân hủy molypden dioxide.
Các hạt nano ruthenium thu được, có kích thước nhỏ hơn 3 nanomet, tạo thành một lớp mỏng trên bề mặt chất xúc tác, ngăn ngừa sự phân hủy và tăng cường độ bền.
Đánh giá hiệu suất cho thấy chất xúc tác mới phát triển có độ bền gấp bốn lần và hoạt động gấp sáu lần so với các vật liệu thương mại hiện có. Hơn nữa, khi tích hợp với pin mặt trời song song perovskite-silicon, chất xúc tác đạt hiệu suất năng lượng mặt trời thành hydro đáng kể là 22,8%, làm nổi bật khả năng tương thích mạnh mẽ của nó với các nguồn năng lượng tái tạo.
Chất xúc tác cũng thể hiện hoạt động và độ ổn định cao trong nước muối, tạo ra hydro chất lượng cao. Khả năng này dự kiến sẽ giảm đáng kể chi phí liên quan đến quá trình khử muối.
Tiến sĩ Sun Hwa Park, nhà nghiên cứu chính tại Nhóm đo lường vật liệu mới nổi KRISS, nhận xét: "Hiện tại, sản xuất hydro xanh đòi hỏi phải có nước tinh khiết, nhưng sử dụng nước biển thực tế có thể giảm đáng kể chi phí liên quan đến quá trình khử muối. Chúng tôi có kế hoạch tiếp tục nghiên cứu trong lĩnh vực này".
Nghiên cứu này được thực hiện với sự hợp tác của nhóm của Giáo sư Ho Won Jang tại Đại học Quốc gia Seoul và nhóm của Tiến sĩ Sung Mook Choi tại Viện Khoa học Vật liệu Hàn Quốc.
