Các nhà nghiên cứu tại Cao đẳng kỹ thuật, Đại học quốc gia Seoul phát triển một điện cực mới cho quá trình điện phân nước, không sử dụng chất xúc tác kim loại và có thể tự phục hồi. Đây là bước tiến lớn cho việc sản xuất hydro xanh khi thế giới đang dần thoát khỏi nhiên liệu hóa thạch.
Khi các quốc gia đang nỗ lực để đạt mục tiêu phát thải ròng bằng 0, các nguồn năng lượng như điện gió, điện mặt trời trở nên nổi bật. Các nguồn năng lượng này giúp tạo ra điện sạch nhưng không hiệu quả đối với các ứng dụng công suất cao như vận tải hạng nặng hoặc sản xuất.
Hydro với mật độ năng lượng cao, là một giải pháp thay thế tốt cho nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, các phương pháp sản xuất hiện tại lại thải ra nhiều carbon và làm giảm tham vọng đạt mức phát thải ròng bằng 0 của các quốc gia.
Điện phân nước là một trong những phương pháp đơn giản nhất để tạo ra hydro và có thể sử dụng điện sạch để đạt được mục tiêu này mà không phát thải. Tuy nhiên, phương pháp này dựa vào chất xúc tác được tạo ra bằng kim loại quý, khiến quá trình này trở nên tốn kém.
Bằng cách chuyển sang điện cực không có chất xúc tác, các nhà nghiên cứu tại Hàn Quốc đạt được bước tiến lớn trong sản xuất hydro xanh. Nhóm nghiên cứu tại Đại học quốc gia Seoul, phát triển phương pháp mới, trong đó chỉ sử dụng niken để chế tạo điện cực.
Thông thường, các điện cực này được phủ chất xúc tác kim loại bị phân hủy theo thời gian và phải thay thế, khiến quá trình này tốn kém. Việc tránh dùng phương pháp phụ thuộc vào chất xúc tác giúp giảm chi phí sản xuất; tuy nhiên, điện cực vẫn dễ bị phân hủy theo thời gian.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp được gọi là điều khiển phân cực động, cho phép điện cực có thời gian nghỉ ngắn. Bằng cách áp dụng điện áp yếu vào điện cực, các nhà nghiên cứu cho phép một lượng nhỏ sắt hòa tan trong dung dịch điện phân bám lại vào bề mặt điện cực.
Sau đó, sắt liên kết với niken để tạo thành lớp xúc tác giải phóng oxy có hoạt tính cao trên điện cực, cải thiện hiệu suất phản ứng và mang lại cho nó cơ chế tự phục hồi.
Các nhà nghiên cứu chứng minh phương pháp của họ thông qua hơn 1.000 giờ vận hành tế bào điện phân ổn định, ngay cả dưới mật độ dòng điện cao 1A trên mỗi cm2. Để chứng minh thành công không chỉ ở quy mô phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu thiết lập hệ thống tế bào ba ngăn với diện tích hoạt động 25 cm2 trên mỗi tế bào. Họ đã vận hành thành công trong vài trăm giờ.
Phương pháp sản xuất hydro không phụ thuộc vào chất xúc tác là chiến lược mang tính chuyển đổi, có thể cải thiện đáng kể tính kinh tế và khả năng mở rộng của hydro xanh. Thành tựu này đánh dấu bước ngoặt thực sự cho các công nghệ sản xuất hydro hướng đến mục tiêu trung hòa carbon.
