Chất xúc tác mới giúp điện phân nước biển hiệu quả, mở rộng tiềm năng sản xuất hydro sạch

Bước đột phá này có thể đẩy nhanh quá trình sản xuất hydro quy mô lớn bằng cách cho phép sản xuất ổn định trực tiếp từ nước biển, không chỉ nước ngọt.

Hydro được ca ngợi rộng rãi là lựa chọn năng lượng sạch. Tuy nhiên, các phương pháp điện phân hiện nay phụ thuộc rất nhiều vào nước ngọt, gây lo ngại về chi phí và nguồn cung. Nước biển là giải pháp thay thế dồi dào, nhưng các ion clorua trong nước biển lại ăn mòn điện cực, làm giảm tuổi thọ hệ thống.

Đó chính là lúc MXene xuất hiện. Vật liệu nano hai chiều làm từ kim loại với carbon hoặc nitơ, được đánh giá cao về độ dẫn điện và khả năng thích ứng. Tuy nhiên, nó có một nhược điểm: bản thân MXene bị oxy hóa nhanh chóng, làm hạn chế tính ổn định.

Nhóm KIMS đã biến điểm yếu đó thành điểm mạnh. Họ chế tạo một chất xúc tác tổng hợp ổn định bằng cách oxy hóa MXene một cách có chủ đích và kết hợp nó với niken ferit (NiFe₂O₄) thông qua quy trình nghiền bi năng lượng cao. Kết quả thật đáng kinh ngạc: mật độ dòng điện cao hơn khoảng năm lần và độ bền gấp đôi so với chất xúc tác thông thường.

Vật liệu này cũng đẩy lùi mạnh mẽ các ion clorua, giảm thiểu nguy cơ ăn mòn. Các thử nghiệm đã vượt ra ngoài phạm vi phòng thí nghiệm. Các nhà nghiên cứu xác nhận hiệu suất của chất xúc tác bên trong một đơn vị điện phân, chứng minh tính khả thi của nó trong thực tế.

Hydro được ca ngợi rộng rãi là lựa chọn năng lượng sạch.

Tiến sĩ Juchan Yang, người đứng đầu dự án cho biết, nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng vì nó giải quyết vấn đề ion clorua trong nước biển bằng cách sử dụng vật liệu mới MXene. Ông nói thêm: “Chúng tôi đang tích cực tiến hành nghiên cứu trình diễn tiếp theo để phát triển công nghệ này thành giải pháp sản xuất hydro bền vững".

Sự đổi mới này không chỉ là thủ thuật trong phòng thí nghiệm. Quy trình này tạo ra kết quả đồng nhất, có thể tái tạo, mở đường cho việc sản xuất hàng loạt chất xúc tác phù hợp cho quá trình điện phân nước biển.

Bằng cách giải quyết vấn đề ổn định của MXene và ngăn chặn sự ăn mòn clorua, nghiên cứu này mang lại một vật liệu cân bằng giữa độ dẫn điện, độ bền và hiệu suất. Sự cân bằng này rất cần thiết để mở rộng quy mô các hệ thống hydro trên toàn thế giới. Viện nghiên cứu lưu ý rằng: "Công trình này khắc phục được những hạn chế của vật liệu thông thường dựa trên MXene bằng cách đảm bảo cả khả năng dẫn điện và độ bền".

Dự án được hỗ trợ bởi Viện Đánh giá và Quy hoạch Công nghệ Năng lượng Hàn Quốc (KETEP) và Hội đồng Nghiên cứu Khoa học & Công nghệ Quốc gia (NST). Dự án cũng được thực hiện với sự hợp tác của nhóm nghiên cứu của Giáo sư Hyun-Kon Song tại Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (UNIST).

Hydro vẫn là yếu tố then chốt trong nhiều lộ trình đạt mức phát thải ròng bằng 0. Với bước tiến này, nước biển vốn từng bị coi là quá ăn mòn, có thể trở thành nguồn nguyên liệu chính cho năng lượng sạch .

Tiểu My