Theo thông tin từ các phương tiện truyền thông quốc tế, nhóm nghiên cứu từ Đại học Kỹ thuật Berlin, Viện Helmholtz Berlin, Khoa Kỹ thuật Vi mạch Đại học Freiburg và Công ty Siemens Energy đã phát triển một loại pin điện phân màng kiềm (AEM) hiệu quả, với hiệu suất gần bằng pin điện phân màng trao đổi proton (PEM) hiện có. Ưu điểm của nó là sử dụng hợp chất niken có chi phí thấp làm chất xúc tác anode, thay thế cho iridium đắt tiền và hiếm.
(Ảnh nguồn: Viện Helmholtz Berlin)
Tại nguồn sáng BESSY II, nhóm nghiên cứu đã làm rõ các quá trình xúc tác thông qua đo lường tại chỗ, trong khi nhóm lý thuyết (từ Mỹ và Singapore) cung cấp mô tả phân tử nhất quán. Tại Freiburg, các nhà nghiên cứu đã sử dụng quy trình phủ mới để xây dựng pin điện phân mẫu và tiến hành các thử nghiệm vận hành. Nghiên cứu liên quan đã được công bố trên tạp chí ‘Nature Catalysis’.
Là chất lưu trữ năng lượng, nhiên liệu và nguyên liệu giá trị cho ngành công nghiệp hóa chất, hydrogen sẽ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống năng lượng tương lai. Hydrogen có thể được sản xuất theo cách gần như trung tính với khí hậu thông qua quá trình điện phân nước, miễn là sử dụng năng lượng mặt trời hoặc gió. Hiện tại, sự phát triển quy mô kinh tế hydrogen xanh chủ yếu được dẫn dắt bởi hai hệ thống: điện phân màng trao đổi proton (PEM) và điện phân kiềm lỏng. Pin điện phân AEM kết hợp những lợi thế của cả hai hệ thống, như không sử dụng iridium và các kim loại quý hiếm khác.
Pin điện phân màng kiềm không chứa iridium (AEM)
Hiện tại, nhóm đã giới thiệu pin điện phân AEM đầu tiên có hiệu suất sản xuất hydrogen gần như tương đương với pin điện phân PEM. Các nhà nghiên cứu không sử dụng iridium, mà thay vào đó là hợp chất hydroxide niken có chứa sắt, cobalt hoặc mangan, và phát triển một phương pháp phủ trực tiếp chúng lên màng trao đổi ion kiềm.
Tìm hiểu sâu hơn về quá trình phân tử trong điện phân
Trong quá trình điện phân, các nhà nghiên cứu đã thực hiện đo lường tại chỗ tại trạm đầu cuối LiXEdrom tại nguồn X-quang BESSY II ở Berlin. Nhóm lý thuyết từ Singapore và Mỹ đã giúp giải thích dữ liệu thử nghiệm.
Giáo sư Peter Strasser từ Đại học Kỹ thuật Berlin cho biết: “Điều này cho phép chúng tôi làm rõ các quá trình hóa học xúc tác liên quan trên màng phủ xúc tác, đặc biệt là sự chuyển pha từ pha α không hoạt tính sang pha γ hoạt tính cao, cũng như vai trò của các ligan O khác nhau và trung tâm Ni4+ trong quá trình xúc tác. Chính pha γ này đã làm cho chất xúc tác của chúng tôi có thể so sánh với các chất xúc tác iridium tiên tiến hiện tại. Công việc này đã chỉ ra sự tương đồng quan trọng giữa cơ chế xúc tác của nó với iridium, nhưng cũng có một số khác biệt phân tử đáng ngạc nhiên.”
Do đó, nghiên cứu này đã nâng cao đáng kể hiểu biết của con người về cơ chế xúc tác cơ bản của vật liệu điện cực dựa trên niken mới. Hơn nữa, phương pháp phủ màng điện cực mới phát triển có khả năng mở rộng tốt. Pin điện phân thử nghiệm hoàn chỉnh đầu tiên đã được thử nghiệm tại IMTEK. Công việc này đã đặt nền tảng cho việc đánh giá công nghiệp sâu hơn và chứng minh rằng pin điện phân nước AEM cũng có hiệu quả cao.