Phương pháp mới hiệu quả tách hydro từ nước để tạo ra năng lượng

Hydro từ lâu được xem là nhiên liệu sạch, có thể thay thế cho nhiên liệu hóa thạch trong các lĩnh vực như sản xuất công nghiệp, phương tiện vận tải nặng, nơi hệ thống pin khó phù hợp do trọng lượng và phạm vi hoạt động. Khi đốt cháy, hydro chỉ tạo ra nhiệt và nước, không phát thải CO₂ tại điểm sử dụng.

Tuy nhiên, việc sản xuất hydro hiệu quả và tiết kiệm chi phí vẫn còn hạn chế, chủ yếu do các thiết bị điện phân hiệu quả nhất hiện nay dựa vào các kim loại nhóm bạch kim (PGM) đắt tiền. Việc tìm kiếm các giải pháp rẻ hơn mà vẫn đạt hiệu suất cao là bước quan trọng để chuyển đổi nước sang hydro trở nên khả thi, giúp lưu trữ năng lượng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại trường kỹ thuật McKelvey thuộc Đại học Washington ở St. Louis, chế tạo chất xúc tác mới có thể giúp khắc phục hạn chế đó. Nhóm nghiên cứu tạo ra chất xúc tác cấu trúc dị thể cho máy điện phân nước màng trao đổi anion (AEMWE), để tách nước thành hydro và oxy, sử dụng điện năng từ các nguồn năng lượng tái tạo.

Bằng cách kết hợp hai vật liệu phosphide, các nhà nghiên cứu thiết kế chất xúc tác mới, giúp sản xuất hydro hiệu quả hơn, không cần dựa vào các vật liệu gốc bạch kim đắt tiền, có khả năng làm giảm giá thành sản xuất hydro sạch. Phương pháp của họ tập trung vào việc sử dụng điện năng từ ánh sáng mặt trời, gió hoặc nước để tách hydro khỏi nước.

Nhóm nghiên cứu đã kết hợp rhenium phosphide (Re₂P) với molybdenum phosphide (MoP) để tạo ra chất xúc tác hỗn hợp, trong đó các thành phần phối hợp cùng nhau để cải thiện quá trình sản xuất hydro. Rhenium giúp hấp thụ và giải phóng hydro, trong khi molybdenum giúp đẩy nhanh quá trình phân tách nước, để cung cấp proton trong chất điện phân kiềm.

Khi chất xúc tác tích hợp với cực dương niken-sắt, cực âm thu được hoạt động tốt hơn cả cực âm tiên tiến làm từ các vật liệu khác, cũng như cực âm chuẩn PGM. Nó cũng có thể hoạt động ở mật độ dòng điện tiêu chuẩn công nghiệp là 1 và 2 ampe trên mỗi cm2 trong hơn 1.000 giờ, theo nhóm nghiên cứu. Điều này làm cho nó trở thành một trong những cực âm bền nhất không chứa PGM dành cho AEMWE.

Mặc dù các thí nghiệm của nhóm nghiên cứu được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm, nhưng nhóm hiện đang lên kế hoạch nghiên cứu tính khả thi của việc sử dụng cực âm này ở quy mô công nghiệp. Nghiên cứu này đăng trên tạp chí American Chemical Society.