Lớp màng mới giúp giảm 60% tổn thất năng lượng trong lưu trữ hydro

Hydro được xem là nhiên liệu sạch, thường được lưu trữ bằng cách sử dụng chất mang hydro hữu cơ dạng lỏng (LOHC) như toluene. Trong phương pháp này, hydro liên kết với toluene, để tạo thành methylcyclohexane (MCH), giúp lưu trữ và vận chuyển an toàn hơn.

Tuy nhiên, một vấn đề dai dẳng là sự di chuyển không mong muốn hoặc “giao thoa” của phân tử toluene qua màng trao đổi proton (PEM) trong quá trình hydro hóa. Sự giao thoa này không chỉ làm giảm hiệu quả của hệ thống mà còn làm ô nhiễm các chất xúc tác liên quan, dẫn đến hiệu suất giảm theo thời gian.

Để giải quyết vấn đề này, Tiến sĩ Soonyong So từ Viện nghiên cứu công nghệ hóa học Hàn Quốc và Giáo sư Sang-Young Lee từ Đại học Yonsei, phát triển PEM thế hệ tiếp theo, sử dụng loại polymer gốc hydrocarbon được gọi là poly(arylene ether sulfone) sulfonat (SPAES).

Màng mới này có các kênh hẹp ưa nước, rộng khoảng 2,1 nanomet, đóng vai trò là đường dẫn để dẫn proton. Thiết kế này hạn chế hiệu quả sự đi qua của các phân tử toluene, làm giảm độ thấm của chúng hơn 60% so với màng Nafion được sử dụng rộng rãi.

Các đặc tính rào cản được cải thiện của màng SPAES, dẫn đến tăng đáng kể hiệu suất của quá trình hydro hóa, đạt 72,8% so với mức 68,4% quan sát thấy ở màng Nafion. Hơn nữa, trong quá trình hoạt động kéo dài hơn 48 giờ, màng SPAES cho thấy tốc độ suy giảm điện áp giảm 40%, thể hiện độ bền cải thiện và hiệu suất ổn định.

Ý nghĩa của sự phát triển này là rất quan trọng đối với tương lai của năng lượng hydro. Bằng cách giảm thiểu các vấn đề liên quan đến sự giao thoa toluene, màng SPAES mở đường cho các hệ thống lưu trữ hydro điện hóa hiệu quả và đáng tin cậy hơn.

Những tiến bộ như vậy rất quan trọng đối với việc áp dụng hydro rộng rãi hơn như một nguồn năng lượng bền vững, đặc biệt là trong các ứng dụng như xe chạy bằng pin nhiên liệu và các giải pháp lưu trữ năng lượng tái tạo.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Hóa học Vật liệu A, nhấn mạnh tiềm năng của màng SPAES trong việc đóng góp vào nền kinh tế hydro đang phát triển và theo đuổi các công nghệ năng lượng sạch hơn.