Công nghệ mới phân tách nước biển thành nhiên liệu hydro cho tương lai

Theo lý thuyết, để cung cấp năng lượng cho những thành phố và xe hơi, cần một khối lượng khổng lồ hydro, và không thể điện phân số lượng hydro lớn như vậy từ nước sạch do nhu cầu về nước cho sinh hoạt còn thiếu. Hongjie Dai, giáo sư Hóa học thuộc Trường Nhân văn và Khoa học Stanford cho biết: "Chúng tôi hầu như không có đủ nước cho nhu cầu dân sinh hiện tại ở California". Do vậy, các nhà khoa học đã nghiên cứu điện phân hydro từ nguồn nước dồi dào hơn rất nhiều, đó là nước biển.

Nhưng có một trở ngại lớn, clorua tích điện âm trong muối biển sẽ nhanh chóng ăn mòn phần cuối cực dương, khiến tuổi thọ của hệ thống rất ngắn. GS Dai và nhóm của ông muốn tìm giải pháp ngăn chặn những thành phần nước biển phá hủy các cực dương ngập trong nước.

Sau nhiều lần thử nghiệm bằng các chất bảo vệ khác nhau, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nếu họ phủ cực dương bằng các lớp giàu điện tích âm thì những lớp đó sẽ đẩy lùi clorua và làm chậm sự phân rã của kim loại chân cực dương.

Sơ đồ phân tách nước biển thành hydro và oxy

Nhóm nghiên cứu đã thiết kế một máy mẫu chạy bằng năng lượng mặt trời, sản xuất khí hydro và khí oxy từ nước biển vịnh San Francisco. (Ảnh: Được sự đồng thuận của H. Dai, Yun Kuang, Michael Kenney)

Các nhà khoa học đã ép một lớp mỏng niken hydroxit sắt lên trên lớp niken sunfua, bao quanh lõi bọt niken. Bọt niken đóng vai trò là chất dẫn điện trong quá trình vận chuyển điện từ nguồn điện và chất hydroxit sắt niken tạo ra hiện tượng điện phân, tách nước thành oxy và hydro.

Trong quá trình điện phân, lớp niken sunfua sẽ thành lớp mỏng tích điện âm bảo vệ cực dương. Giống như hai đầu âm của hai nam châm đẩy nhau, lớp tích điện âm sẽ đẩy lùi clorua và ngăn ion âm clorua chạm vào lõi kim loại.

Nghiên cứu sinh Michael Kenney cho biết, không có lớp phủ tích điện âm, cực dương chỉ hoạt động khoảng 12 giờ trong nước biển. Sau đó toàn bộ điện cực vụn vỡ. Nhưng với lớp phủ này, điện cực nikel có thể làm việc được hơn một ngàn giờ.

Các nghiên cứu trước đây đã nỗ lực thực hiện phân tách nước biển, thu nhiên liệu hydro bằng dòng điện thấp nhằm ngăn chặn sự ăn mòn xảy ra dòng điện thế cao hơn. Nhưng hai nhà khoa học Dai, Kenney và các đồng nghiệp có thể tăng hiệu điện thế hơn gấp mười lần nhờ thiết bị cực dương nhiều lớp, giúp phân tách hydro từ nước biển với tốc độ nhanh hơn. H.Dai nói: “Tôi nghĩ rằng chúng tôi đã lập kỷ lục về phân tách nước biển thành hydro và oxy”.