Pin nhiên liệu bền vững từ nguồn nguyên liệu dồi dào trong tự nhiên

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kumamoto (Nhật Bản) đã phát triển vật liệu điện phân rắn mới có nguồn gốc từ khoáng sét montmorillonite dồi dào trong tự nhiên. Màng cải tiến này mang lại “hiệu suất kép”: vừa dẫn proton hiệu quả, vừa ngăn chặn khí hydro vượt trội, mở ra triển vọng cho thế hệ pin nhiên liệu hiệu quả và bền vững ở nhiệt độ thấp đến trung bình.

Giáo sư Shintaro Ida - đồng tác giả nghiên cứu nhận định: “Đây là bước tiến lớn hướng tới pin nhiên liệu bền vững, hiệu suất cao mà không phụ thuộc vào vật liệu đắt đỏ hoặc gây gánh nặng cho môi trường". Ông cho biết thêm trong thông cáo báo chí ngày 24/9 rằng việc sử dụng đất sét montmorillonite rẻ và sẵn có giúp công nghệ này trở thành giải pháp năng lượng thân thiện với môi trường, có khả năng mở rộng quy mô.

Trong nhiều năm, sự phát triển của pin nhiên liệu bị cản trở bởi yêu cầu sử dụng oxit dẫn proton chỉ hoạt động trên 500 °C, làm hạn chế tính ứng dụng, nhất là trong các thiết bị nhỏ gọn hoặc di động. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu do Trợ lý Giáo sư Kazuto Hatakeyama và Giáo sư Ida dẫn đầu đã chế tạo thành công chất điện phân rắn linh hoạt từ các tấm nano silicat đơn lớp.

Vật liệu mới có tiềm năng cải tiến công nghệ pin nhiên liệu. (ảnh minh họa)

Vật liệu mới cho thấy khả năng dẫn proton ổn định trong dải nhiệt độ rộng, từ -10 °C đến 140 °C, với hiệu suất tương đương thậm chí vượt Nafion – chất điện phân chuẩn trong ngành. Kết quả thử nghiệm cho thấy độ dẫn proton đạt 2,3×10⁻³ S/cm ở 10 °C, 6,2×10⁻³ S/cm ở 100 °C và 8,7×10⁻³ S/cm ở 140 °C trong điều kiện độ ẩm 100%.

Điểm đặc biệt là màng này không chỉ dẫn proton tốt mà còn chặn khí hydro hiệu quả gấp 100 lần Nafion, tăng cường đáng kể độ an toàn và kéo dài tuổi thọ pin nhiên liệu. Khi ứng dụng trong pin hydro ở 90 °C, vật liệu đạt mật độ dòng điện tối đa 1080 mA/cm² và công suất 264 mW/cm², chứng minh tính khả thi trong thực tế.

Với khả năng hoạt động ổn định trong điều kiện khắc nghiệt, từ thời tiết lạnh giá đến môi trường công nghiệp hoặc ô tô công suất cao, nhóm nghiên cứu tin rằng việc tận dụng khoáng sét giá rẻ và phong phú như montmorillonite sẽ mở đường cho các giải pháp năng lượng bền vững trong tương lai, khắc phục hạn chế của pin nhiên liệu nhiệt độ cao truyền thống.

Tiểu My