Tohoku University phát triển chất xúc tác pin nhiên liệu từ vỏ trấu và pyrit, hiệu suất tương đương bạch kim
Ngày 26 tháng 7 năm 2026
Annie Nguyễn
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Tohoku, hợp tác với Đại học Akita, Đại học Hokkaido và Viện Khoa học Vật liệu Quốc gia, đã phát triển thành công chất xúc tác hiệu suất cao cho pin nhiên liệu sử dụng nguyên liệu từ phế thải nông nghiệp "vỏ trấu" và sản phẩm phụ khai thác mỏ "pyrit". Thành tựu này cho thấy tiềm năng tạo ra vật liệu chức năng cao cấp từ các nguồn tài nguyên chưa được sử dụng, và trong tương lai có thể thay thế chất xúc tác bạch kim đắt đỏ và khan hiếm.
Giải pháp thay thế bạch kim
Trong các thiết bị như pin kim loại-không khí và pin nhiên liệu, vật liệu xúc tác chịu trách nhiệm cho phản ứng khử oxy đóng vai trò quan trọng. Hiện nay, các phản ứng oxy trong pin phụ thuộc chủ yếu vào chất xúc tác bạch kim đắt đỏ và khan hiếm. Do đó, nhóm nghiên cứu đã tập trung phát triển các vật liệu thay thế giá rẻ và bền vững nhằm giảm rủi ro cung ứng và chi phí.
Quy trình đổi mới: Từ chất thải đến vật liệu hiệu suất cao
Nhóm nghiên cứu đã ngâm vỏ trấu trong dung dịch nước chứa ion sắt chiết xuất từ pyrit qua đêm, sau đó xử lý qua quá trình carbon hóa thủy nhiệt để phân tán sắt đồng đều bên trong vật liệu. Tiếp theo, họ thực hiện quá trình carbon hóa ở nhiệt độ cao trong môi trường nitơ với sự bổ sung urê để thúc đẩy quá trình pha tạp nitơ, tạo điều kiện hình thành cấu trúc sắt-nitơ.
Thông qua quy trình hai giai đoạn này, sắt và nitơ được đưa vào một cách hiệu quả, hình thành các cấu trúc có hoạt tính phản ứng vượt trội. Ngoài ra, silica vô định hình có trong vỏ trấu góp phần ổn định cấu trúc, nâng cao độ bền tổng thể.
Hiệu suất và độ bền tương đương bạch kim
Chất xúc tác cuối cùng đạt được thế khởi đầu tương đương với chất xúc tác bạch kim trong tất cả các điều kiện axit, trung tính và kiềm. Đáng chú ý hơn, sau 14 giờ vận hành liên tục trong điều kiện axit, tỷ lệ duy trì dòng điện của chất xúc tác mới thậm chí còn vượt qua chất xúc tác bạch kim thương mại, chứng minh độ bền vượt trội.
Cột mốc cho vật liệu năng lượng bền vững
Nghiên cứu này đại diện cho một hướng tiếp cận mới trong phát triển vật liệu bền vững, biến chất thải nông nghiệp và sản phẩm phụ khai thác mỏ thành vật liệu chức năng giá trị cao, mở ra một con đường hoàn toàn mới cho sản xuất xanh chất xúc tác pin nhiên liệu. Với nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng sạch trên toàn cầu, công nghệ này có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất pin nhiên liệu và thúc đẩy quá trình phổ biến nền kinh tế hydro.
