Phân tách nước sản xuất khí hydro hiệu quả hơn 50 lần

Năng lượng lưu trữ trong những liên kết hóa học của các phân tử hydro sẽ được sử dụng khi không có gió hoặc không có ánh sáng mặt trời.

Nhưng để phương pháp lưu trữ này khả thi về mặt kinh tế, công nghệ phân tách nước hiện tại cần phải hiệu quả hơn và có giá thành hợp lý hơn, Ben Wiley, giáo sư Hóa học của Trường Đại học Duke, Mỹ nhận xét.

Cách nhanh nhất để giảm chi phí điện phân là tăng năng suất của thiết bị điện phân.

Nghiên cứu vấn đề này, nhóm nhà khoa học do GS Wiley dẫn đầu chế tạo 3 điện cực niken khác nhau – điện cực làm từ bọt niken, điện cực phủ lớp sợi niken và điện cực lớp phủ dây nano. Thực hiện nghiên cứu sự trao đổi giữa diện tích giao diện  hoạt động và cấu trúc tiếp xúc bề mặt đối với hiệu suất của điện cực.

Kết quả nghiên cứu của nhóm được công bố trên Tạp chí Vật liệu Năng lượng Tiên tiến Advanced Energy Materials.

Phân tách nước thành Hydro và Oxy.

Mục tiêu của nghiên cứu đề ra là tăng cường diện tích bề mặt có ích cho các phản ứng diễn ra đồng thời giảm thiểu lượng bọt khí bị dính trên bề mặt điện cực.

GS Wiley cho biết, tốc độ tối đa phân tách hydro thường bị giới hạn bởi các bong bóng khí ngăn chặn trên điện cực - theo nghĩa đen là ngăn cản nước chảy trên bề mặt, dưới tác dụng của điện phân tách ra thành hydro và oxy.

3 cấu hình khác nhau của lớp phủ trên các điện cực ảnh hưởng đến dòng chảy của nước qua vật liệu trong phản ứng phân tách nước.

Điện cực bọt niken là một giải pháp tuyệt vời cho phép các bong bóng hydro thoát ra, nhưng bề mặt xốp khiến diện tích tiếp xúc cho phản ứng xảy ra bị hạn chế, làm giảm năng suất phân tách nước.

Lớp phủ điện cực chế tạo bằng dây nano niken - đồng phân tách nước thành hydro hiệu quả hơn do diện tích bề mặt lớn hơn, nhưng chỉ trong vòng 30 giây, hiệu quả phản ứng giảm xuống nhanh chóng do số lượng bong bóng khí hình thành đọng trên bề mặt điện cực, ngăn cản dòng chảy của nước.

Giải pháp phủ điện cực tốt nhất là lớp sợi nhỏ, phân tách được nhiều hydro hơn so với lớp dây nano dù diện tích bề mặt thấp hơn đến 25%.

Trong quá trình thử nghiệm kéo dài 100 giờ, điện cực lớp sợi micro (microfiber) sản xuất khí hydro với mật độ đến 25.000 milliamp trên mỗi cm vuông, có năng suất gấp 50 lần so với thiết bị điện phân kiềm thông thường.

GS Wiley nhấn mạnh, các nhà sản xuất thiết bị điện phân nước thương mại nên cải thiện cấu trúc điện cực máy dựa trên những kết quả nghiên cứu của nhóm nghiên cứu Trường Đại học Duke, nhằm tăng sản lượng hydro phân tách được và giảm giá thành sản phẩm.

Nếu thiết bị phân tách nước hiện nay có thể tăng đáng kể tốc độ sản xuất hydro, chi phí hydro được sản xuất từ nước có thể giảm xuống, trong những nghiên cứu tương lại biến hydro thành giải pháp lưu trữ năng lượng sạch tiềm năng, có giá cả phù hợp cho môi trường xanh, sạch tương lai.