Xe chạy bằng hydro được thúc đẩy nhờ đột phá về pin 90°C của Nhật Bản
Pin hydro tránh được nhiệt độ 300°C vốn từng được coi là không thể tránh khỏi.
Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Tokyo, Nhật Bản, đã công bố một bước đột phá trong công nghệ lưu trữ hydro.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại pin hydro có thể hoạt động ở nhiệt độ chỉ 90°C (194°F), thấp hơn nhiều so với ngưỡng thông thường là 300–400°C (572°F – 752°F).
Sự đổi mới này giải quyết một trong những rào cản lớn nhất của hydro – lưu trữ an toàn và hiệu quả – có khả năng mở ra cánh cửa cho xe chạy bằng hydro, tích hợp năng lượng tái tạo và các ngành công nghiệp không phát thải carbon.
Nghiên cứu được thực hiện bởi một nhóm các nhà khoa học, bao gồm Tiến sĩ Takashi Hirose, Phó Giáo sư Naoki Matsui và Giáo sư Viện Ryoji Kanno, tại Trung tâm Nghiên cứu Pin Thể Rắn Toàn phần tại Khoa học, Tokyo.
Giải quyết những thách thức trong lưu trữ hydro
Hydro từ lâu đã được coi là nguồn năng lượng sạch, nhưng việc lưu trữ nó tỏ ra rất khó khăn. Các phương pháp thông thường đòi hỏi phải nén hydro ở áp suất cực cao (350–700 bar) hoặc làm lạnh thành dạng lỏng ở nhiệt độ cực thấp -252,8 °C (-423 °F).
Các nhà nghiên cứu tại Science Tokyo đã vượt qua những rào cản này bằng cách phát triển một loại pin hydro có khả năng lưu trữ và giải phóng hydro hiệu quả ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.
Lưu trữ thể rắn sử dụng magie hydride (MgH₂) là một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn nhờ dung lượng lý thuyết cao. Tuy nhiên, cho đến nay, các hệ thống MgH₂ cần nhiệt độ cực cao để hoạt động, với khả năng đảo ngược và tổn thất hiệu suất hạn chế. Điều này khiến chúng không thực tế cho các ứng dụng năng lượng hàng ngày.
Mastui giải thích:
Chúng tôi đã chứng minh hoạt động của pin Mg-H2 như một thiết bị lưu trữ năng lượng hydro an toàn và hiệu quả, đạt được dung lượng cao, nhiệt độ thấp và khả năng hấp thụ và giải phóng khí hydro thuận nghịch.
Một chất điện phân rắn mới là cốt lõi
Chìa khóa cho sự đổi mới này nằm ở cấu trúc chất điện phân rắn được thiết kế mới cho phép các ion hydride di chuyển nhanh chóng, với độ dẫn ion được đo ở nhiệt độ phòng.
Không giống như các chất điện phân lỏng thông thường, vật liệu này mang lại sự ổn định và hiệu quả ở các điều kiện vận hành thấp hơn.
Kiến trúc của hệ thống đơn giản nhưng mạnh mẽ. MgH₂ đóng vai trò là cực dương trong khi khí hydro đóng vai trò là cực âm. Trong quá trình sạc, MgH₂ giải phóng các ion H⁻ di chuyển qua chất điện phân rắn và bị oxy hóa ở cực âm, giải phóng khí H₂. Khí hydro bị khử thành H⁻ trong quá trình xả, di chuyển đến cực dương để tái tạo MgH₂.
Chu trình hoàn toàn thuận nghịch này cho phép thiết bị lưu trữ và giải phóng hydro liên tục mà không cần nhiệt độ cực cao như các hệ thống thông thường.
Ý nghĩa đối với nền kinh tế hydro
Trong các thử nghiệm, pin hydro đã đạt được dung lượng lưu trữ lý thuyết đầy đủ của MgH₂: khoảng 2.030 mAh g⁻¹, tương đương với 7,6 wt.% hydro. Cột mốc này chưa từng đạt được khi vận hành thực tế ở nhiệt độ thấp.
Hirose giải thích:
Những đặc tính này của pin lưu trữ hydro của chúng tôi trước đây không thể đạt được thông qua các phương pháp nhiệt thông thường hoặc chất điện phân lỏng, tạo nền tảng cho các hệ thống lưu trữ hydro hiệu quả, phù hợp để sử dụng làm chất mang năng lượng.
Ý nghĩa của thí nghiệm này vượt xa phạm vi phòng thí nghiệm. Hydro được coi là nền tảng của năng lượng sạch, và bước đột phá này có thể đẩy nhanh việc triển khai các phương tiện chạy bằng hydro, các ứng dụng công nghiệp và các giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo.
