Theo thông tin từ các phương tiện truyền thông nước ngoài, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications cho biết, nhóm nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ Nam Phương cùng các cơ quan khác đã báo cáo về những tiến bộ đạt được trong lĩnh vực pin không khí kẽm có thể sạc lại. Các nhà nghiên cứu đã tập trung phát triển một loại chất xúc tác đa chức năng giống như tắc kè hoa, nhằm nâng cao hiệu suất của các phản ứng khử oxy và giảm oxy, điều này rất quan trọng cho hiệu suất của pin không khí kẽm.
(Nguồn hình ảnh: nature.com)
Nghiên cứu này giải quyết các vấn đề tồn tại như hiệu suất hạn chế của các chất xúc tác hiện có và sự phức tạp của giao diện khí-lỏng-rắn, hỗ trợ mục tiêu đạt được hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn, để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của con người đối với các giải pháp điện năng bền vững.
Pin không khí kẽm có thể sạc lại thu hút sự chú ý nhờ vào mật độ năng lượng cao và tiềm năng sản xuất tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, hiệu suất thấp của chất xúc tác đa chức năng (rất quan trọng đối với các phản ứng điện hóa chính) đã hạn chế ứng dụng thực tế của chúng. Các chất xúc tác truyền thống thường có độ ổn định và hoạt tính kém, đặc biệt là trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu rõ các điểm hoạt tính bên trong chất xúc tác, cùng với việc phát triển các vật liệu có thể thích ứng với các môi trường điện hóa khác nhau. Nhóm nghiên cứu đã đề xuất một chất xúc tác giống như tắc kè hoa, có thể thay đổi cấu trúc và tính chất theo điều kiện, từ đó nâng cao hiệu suất và độ bền.
Trong quá trình nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã tiến hành tổng hợp và đánh giá chất xúc tác đa chức năng giống như tắc kè hoa cho pin không khí kẽm có thể sạc lại. Chất xúc tác này được tạo ra bằng cách gắn đơn nguyên tử rutheni vào chất mang hidroxit kép lớp của niken và sắt (NiFe LDH). Các nhà nghiên cứu đã chế tạo NiFe LDH thông qua phương pháp đồng lắng đọng, trong đó muối niken và sắt kết hợp trong dung dịch kiềm và trải qua quá trình lão hóa để hình thành cấu trúc lớp. Sau đó, công nghệ lắng đọng hóa học ướt được sử dụng để giới thiệu đơn nguyên tử rutheni, nhằm đảm bảo phân bố đồng đều trên bề mặt NiFe LDH.
Kết quả thử nghiệm cho thấy, chất xúc tác đa chức năng giống như tắc kè hoa này thể hiện xuất sắc trong cả OER và ORR, vượt trội hơn hẳn các chất xúc tác truyền thống. Chất xúc tác này thể hiện hoạt tính cụ thể cao và độ ổn định, có thể duy trì hiệu suất nhất quán trong thời gian dài. Cấu trúc của nó có khả năng điều chỉnh động các điểm hoạt tính, từ đó nâng cao hiệu suất của các phản ứng điện hóa. Nhóm nghiên cứu cho rằng, đơn nguyên tử rutheni là chìa khóa để nâng cao hoạt tính xúc tác, trong khi chất mang NiFe LDH cung cấp một cấu trúc vững chắc có thể thúc đẩy quá trình truyền điện tử và ion.
Phát hiện này có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển của pin không khí kẽm có thể sạc lại. Chất xúc tác giống như tắc kè hoa có khả năng thích ứng với các điều kiện điện hóa khác nhau, nâng cao hiệu suất và tuổi thọ. Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng quy trình tổng hợp này có khả năng mở rộng quy mô, từ đó trở thành một lựa chọn khả thi cho ứng dụng thương mại.
Ngoài ra, nghiên cứu này giải quyết thách thức trong việc tích hợp chất xúc tác này vào các hệ thống pin hiện có. Nhóm nghiên cứu hi vọng, thông qua các nghiên cứu tiếp theo, có thể tối ưu hóa thiết kế toàn bộ của pin.