VINPA

Hydrogen từ lâu đã được xem là một trong những giải pháp tối ưu trong việc thay thế các nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu. Mới đây, các nhà khoa học tại trường Đại học Stanford (Mỹ) đã chế tạo thành công thiết bị có khả năng tách nước thành hydro và ôxy mà chỉ cần duy nhất một chất xúc tác có giá thành vô cùng rẻ.

Hydrogen sạch được tách từ nước nhờ công nghệ pin “con thỏ”

Năm 2014, Giáo sư Yi Cui cùng các đồng nghiệp ở Đại học Stanford bắt đầu phát triển thiết bị điện phân, tách hydrogen từ nước với một chất xúc tác bằng cách sử dụng công nghệ pinlithium-ion (pin “con thỏ”). “Nhóm chúng tôi đã đi tiên phong trong ý tưởng sử dụng công nghệ pin “con thỏ” để tìm kiếm chất xúc tác. Qua đó, chúng tôi đã phát triển một điện áp thấp và thiết bị điện phân tách hydrogen từ nước có thể hoạt động liên tục trong 200 giờ, đây là một hiệu suất kỷ lục rất lạc quan”, Giáo sư Yi Cui cho biết.

Đồng tác giả Haotian Wang trong phòng thí nghiệm

Thông thường, một thiết bị điện phân cơ bản phải có 2 điện cực được nhúng trong một dung dịch điện phân. Phản ứng xúc tác được kích hoạt tạo ra phản ứng điện phân. Khí hydro sẽ được giải phóng qua một điện cực, còn ôxy thì thoát ra từ điện cực còn lại. Trên mỗi điện cực được gắn bởi 2 kim loại khác nhau, chủ yếu là kim loại hiếm và đắt tiền như iridium và platinum. Ngoài ra, điều kiện cần cho phản ứng điện phân xảy ra là cần có 2 chất điện phân có độ pH khác nhau để duy trì sự ổn định và hoạt động của thiết bị điện phân.

Sử dụng duy nhất 1 chất xúc tác

Một điểm đặc biệt trên thiết bị điện phân của nhóm các nhà khoa học Đại học Stanford là chỉ sử dụng oxit sắt-niken làm chất xúc tác điện phân trên cả hai đầu điện cực. Oxit sắt-niken được cho là có giá thành rẻ hơn nhiều lần so với platinum và dễ sản xuất hơn. Ngoài ra, oxit sắt-niken có tính ổn định hơn so với những kim loại hiếm và nó chỉ cần nguồn điện khoảng 1,5V để duy trì hoạt động trong suốt 1 tuần (24/7). Thiết bị này cũng chỉ sử dụng cho một dung dịch duy nhất, với độ pH cũng duy nhất, nên nó không cần sử dụng thêm tấm màng chắn phân chia bể điện phân (thông thường 1 bên là axit, 1 bên là kiềm).

“Hiệu suất tách hydrogen từ nước đạt tới 82% trong điều kiện nhiệt độ phòng, đây là một kết quả chưa từng có”, Haotian Wang, đồng tác giả nghiên cứu cho biết. Không chỉ vậy, các nhà khoa học còn tin rằng, việc sử dụng chất xúc tác này có thể giúp họ tách được những nhiên liệu hóa học khác ngoài hydro. Tuy công nghệ này đã được sử dụng trong nghiên cứu chế tạo pin trong nhiều năm, nhưng đây là một cách tiếp cận khác của một chất xúc tác mới. “Chúng tôi tin rằng, kỹ thuật điều chỉnh điện hóa sẽ tiếp tục được ứng dụng để tìm ra những chất xúc tác mới trong sản xuất các nhiên liệu khác”, Giáo sư Yi Cui nhấn mạnh.

Được biết, nghiên cứu này là một phần trong Dự án Năng lượng và Khí hậu Toàn cầu (GCEP) của Đại học Stanford. Thành công này được xem như một bước đột phá mới trong công nghệ sản xuất nhiên liệu hydrogen giá rẻ, tạo nguồn năng lượng sạch cho giao thông và sản xuất công nghiệp, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.