Viện Nghiên cứu Năng lượng làm sáng tỏ nguyên lý dùng màng palladium chọn lọc ion hydro từ nước
Ngày 15 tháng 9 năm 2026
Annie Nguyễn
Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã làm sáng tỏ nguyên lý màng palladium có thể chọn lọc và vận chuyển chỉ ion hydro từ nước, đồng thời chứng minh hiệu suất của công nghệ này khi ứng dụng vào quy trình tổng hợp amoniac xanh. Kết quả nghiên cứu được thực hiện bởi Viện Nghiên cứu Công nghệ Năng lượng Hàn Quốc (KENTECH, gọi tắt là Viện Năng lượng).
Vấn đề crossover của màng polymer truyền thống
Màng phân tách có chức năng ngăn không cho chất phản ứng, sản phẩm và dung môi trộn lẫn trong thiết bị điện hóa, đồng thời cho phép các ion cần thiết cho phản ứng đi qua. Trước đây, màng làm từ polymer như màng trao đổi ion thường được sử dụng. Bên trong màng polymer có các kênh nhỏ dẫn nước, và các ion di chuyển theo các kênh này. Vấn đề là khi ion đi qua, các phân tử không cần thiết như nước cũng đi theo, gây ra hiện tượng "crossover", làm giảm hiệu suất và độ ổn định của thiết bị điện hóa. Màng truyền thống có hạn chế là nếu giảm crossover thì tốc độ di chuyển của ion cũng chậm lại, không thể giải quyết đồng thời cả hai vấn đề.
Giải pháp màng palladium
Nhóm nghiên cứu đã giải quyết vấn đề crossover bằng cách sử dụng màng palladium, vật liệu có đặc tính hấp thụ nguyên tử hydro, thay cho màng polymer. Nguyên lý là màng palladium gần như không có khe hở, chỉ hấp thụ hydro và vận chuyển sang phía bên kia màng, trong khi ngăn không cho các chất khác di chuyển.
Khi có điện trường, ion hydro biến đổi thành nguyên tử hydro tại một bề mặt của màng palladium và đi vào bên trong kim loại. Sau đó, nó di chuyển qua bên trong palladium, đến phía đối diện, lại biến đổi thành ion hydro và thoát ra vào dung dịch. Trong quá trình này, dung môi, chất phản ứng và sản phẩm ở hai bên màng vẫn được giữ tách biệt nhờ màng palladium.
Ứng dụng trong tổng hợp amoniac xanh
Nhóm nghiên cứu đã áp dụng màng palladium vào quy trình tổng hợp amoniac điện hóa thông qua hợp tác nghiên cứu với nhóm của Giáo sư Hwang Yoon-jung tại Đại học Quốc gia Seoul. Tổng hợp amoniac điện hóa là công nghệ thân thiện với môi trường, trong đó ion hydro nguyên liệu được chiết xuất từ nước thay vì nhiên liệu hóa thạch, và điện năng cần cho quá trình tổng hợp cũng được cung cấp từ năng lượng tái tạo, giúp giảm phát thải carbon.
Để tổng hợp amoniac điện hóa, cần chuyển chọn lọc chỉ ion hydro đến phần dung môi hữu cơ nơi phản ứng tổng hợp amoniac thực sự diễn ra, mà không truyền nước. Chỉ cần một lượng nhỏ nước lẫn vào trong phản ứng, hiệu suất tổng hợp sẽ giảm mạnh. Tuy nhiên, trước đây không có công nghệ nào có thể tách biệt hoàn toàn nước và ion hydro, nên phương pháp sử dụng trực tiếp khí hydro thay vì nước vẫn chiếm ưu thế.
Ngược lại, bằng cách sử dụng màng palladium, nhóm nghiên cứu đã thành công lần đầu tiên tại Hàn Quốc trong việc tổng hợp amoniac điện hóa sử dụng trực tiếp nước thay vì hydro, mở ra hướng nghiên cứu mới.
Tiến sĩ Kim Jae-hyung thuộc Phòng Nghiên cứu Nhiên liệu Sạch của Viện Năng lượng, người chủ trì nghiên cứu, cho biết: "Thành tựu này đề xuất một cơ chế vận chuyển ion mới có thể giải quyết vấn đề crossover, vốn là trở ngại trong các hệ thống phản ứng điện hóa như tổng hợp amoniac xanh", đồng thời cho biết thêm: "Ngoài tổng hợp amoniac, công nghệ này có thể được áp dụng cho nhiều thiết bị điện hóa khác đòi hỏi phân tách vật chất nghiêm ngặt, góp phần mở rộng khả năng ứng dụng của công nghệ."
Kết quả nghiên cứu này được thực hiện với sự hỗ trợ của Chương trình Nghiên cứu Chiến lược TOP Toàn cầu thuộc Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia, và đã được công bố trên tạp chí khoa học quốc tế uy tín Advanced Science (IF 14.1) số tháng 6.
