Vật liệu màng điện phân giúp pin hydro bền hơn

Nổi lên như giải pháp thay thế khả dĩ trong nỗ lực loại bỏ nhiên liệu hóa thạch, hydro nhiên liệu khi đốt giải phóng năng lượng cùng nước chứ không tạo ra khí thải carbon. Loại nhiên liệu này được sản xuất bởi quá trình điện phân nước, nếu dùng điện từ nguồn năng lượng tái tạo thì hydro thành phẩm mới thực sự thân thiện với môi trường.

Ngoài việc sản xuất hydro mà không tạo nhiều carbon, giới nghiên cứu còn đối mặt với một thách thức lớn khác: pin hydro hoạt động bất ổn. Khi phương tiện chạy bằng pin hydro tăng tốc hoặc giảm tốc, lượng nước sinh ra trong pin sẽ thay đổi khiến màng điện phân (ngăn giữa hai điện cực âm dương) co giãn. Quá trình lặp đi lặp lại nhiều lần dẫn đến hình thành vết nứt trên màng. Vết nứt tăng lên có thể phát sinh hiện tượng dịch chuyển hydro không mong muốn làm “chết” pin.

“Để đảm bảo pin hoạt động lâu dài, ta cần phát triển màng điện phân có khả năng chống chịu tình trạng co giãn lặp đi lặp lại nhiều lần đúng như môi trường hoạt động thực tế”, theo phó giáo sư Kim Sang-moon (Đại học Quốc gia Inch).

Vài nghiên cứu trước đây thử sử dụng chất tẩy gốc cùng màng điện phân hydrocarbon để giải quyết vấn đề nhưng chỉ đạt hiệu quả hạn chế. Đội ngũ nghiên cứu Đại học Quốc gia Inch và Đại học Harvard hợp tác phát triển một loại vật liệu polymer mới. Họ kết hợp chất điện phân thông dụng Nafion có đặc tính dẫn proton với perfluoropolyether (PFPE) - đánh đổi hiệu suất điện hóa làm tăng tuổi thọ pin.

Qua hàng loạt thử nghiệm với mức độ PFPE khác nhau, đội ngũ nghiên cứu ghi nhận màng điện phân 50% PFPE mang lại hiệu suất điện hóa thỏa đáng nhất. Màng đạt tuổi thọ 410 giờ - cao hơn 242 giờ của màng Nafion nguyên chất.

Pin hydro bền, tuổi thọ cao sẽ góp phần thúc đẩy ứng dụng hydro nhiên liệu rộng rãi hơn nữa trong tương lai, cũng như giúp ngành pin phát triển mạnh mẽ.