Nhưng bất chấp những hứa hẹn đó, chúng vẫn chưa được áp dụng rộng rãi, chủ yếu vì chi phí sản xuất rất tốn kém. Hiện nay, một nhóm nhà nghiên cứu Na Uy tìm ra giải pháp giúp pin nhiên liệu cạnh tranh với các công nghệ sạch khác như động cơ điện.

Các nhà khoa học tại SINTEF, viện nghiên cứu độc lập ở Na Uy, phát triển phiên bản mỏng hơn và nhẹ hơn các thành phần chính bên trong pin nhiên liệu hydro. Thiết kế mới của họ có thể giúp pin nhiên liệu vừa rẻ hơn, vừa tốt hơn cho môi trường. Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Electrochemical Society.

Pin nhiên liệu dựa trên hai thành phần chính: màng và chất xúc tác. Màng giúp tách hydro và oxy trong quá trình sản xuất năng lượng, trong khi chất xúc tác - thường được làm bằng bạch kim - kích hoạt phản ứng hóa học tạo ra điện. Màng và chất xúc tác chiếm tới 41% tổng chi phí của pin nhiên liệu.

Vấn đề ở đây là cả hai vật liệu đều đắt tiền và đi kèm các lo ngại về môi trường. Bạch kim hiếm và đắt, trong khi màng chứa hóa chất flo, còn được gọi là PFAS, có liên quan đến ô nhiễm và rủi ro cho sức khỏe. Các nhà nghiên cứu tập trung vào việc giảm lượng vật liệu này mà không làm giảm hiệu suất. Họ đã thành công.

Pin nhiên liệu thiết kế lại của họ sử dụng ít hơn 62,5% bạch kim so với các mẫu hiện tại, không chỉ giúp giảm chi phí mà còn giảm sự phụ thuộc vào loại khoáng sản được Liên minh châu Âu phân loại là nguyên liệu thô quan trọng. Bạch kim chủ yếu được khai thác bên ngoài châu Âu và có nguồn cung toàn cầu hạn chế.

Đối với màng, họ làm mỏng nó đi 33%. Màng thông thường trong pin nhiên liệu hiện nay dày khoảng 15 micromet, vốn đã cực kỳ mỏng. Nhưng nhóm SINTEF phát triển phiên bản mới chỉ dày 10 micromet, mỏng hơn 10 lần so với tờ giấy in tiêu chuẩn. Mặc dù mỏng hơn, hiệu suất của pin nhiên liệu vẫn giữ nguyên.

Hiệu suất của màng phụ thuộc vào mức độ dễ dàng mà proton có thể di chuyển trên bề mặt và xuyên qua các lớp của màng. Nghiên cứu cho thấy, khi màng mỏng hơn 15 micromet, việc giảm độ dày hơn nữa không ảnh hưởng đến chức năng của màng vì điện trở quan trọng nhất xảy ra ở bề mặt, chứ không phải ở phần lớn vật liệu.

Nhóm nghiên cứu ước tính chi phí sản xuất màng có thể giảm tới 20% bằng cách giảm hàm lượng bạch kim và PFAS, đồng thời cũng giảm tác động đến môi trường. Nếu cải tiến này áp dụng vào pin nhiên liệu thực tế, công nghệ này có thể trở thành lựa chọn năng lượng sạch hơn, giá cả phải chăng, đặc biệt đối với các loại xe hạng nặng, tàu thủy, thậm chí cả máy bay trong tương lai.