Thiết bị tách nước sản xuất nhiên liệu hydro với chi phí thấp, hiệu quả

Thiết bị tách nước sản xuất nhiên liệu hydro với chi phí thấp, hiệu quả

Đăng ngày 26/05/2020
Nhà khoa học vật liệu Jun Lou, Trường Kỹ thuật Brown thuộc Đại học Rice đã tạo ra một thiết bị tách nước để sản xuất nhiên liệu hydro với chi phí thấp và rất hiệu quả bằng cách tích hợp các điện cực xúc tác và pin mặt trời perovskite. Khi được kích hoạt bởi ánh sáng mặt trời, sẽ tạo ra điện. Dòng điện chạy tới các chất xúc tác nơi mà các chất xúc tác này ‘biến’ nước thành hydro và oxy, với hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành hydro cao tới 6,7%.

Nhà khoa học vật liệu Jun Lou, Trường Kỹ thuật Brown thuộc Đại học Rice đã tạo ra một thiết bị tách nước để sản xuất nhiên liệu hydro với chi phí thấp và rất hiệu quả bằng cách tích hợp các điện cực xúc tác và pin mặt trời perovskite. Khi được kích hoạt bởi ánh sáng mặt trời, sẽ tạo ra điện. Dòng điện chạy tới các chất xúc tác nơi mà các chất xúc tác này ‘biến’ nước thành hydro và oxy, với hiệu suất chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành hydro cao tới 6,7%.

 

Thiết bị tách nước sản xuất nhiên liệu hydro với chi phí thấp, hiệu quả

 

Loại xúc tác này không phải là mới, tuy nhiên phòng thí nghiệm Rice đã “đóng gói” được một lớp perovskite và các điện cực thành một mô-đun đơn, khi thả vào nước và được đặt vào ánh sáng mặt trời, sẽ tạo ra hydro mà không có nguồn đầu vào thêm nào.

Nền tảng này, đã được Jun Lou, Jia Liang, nghiên cứu sinh bậc sau tiến sỹ và các đồng nghiệp giới thiệu trên tạp chí Hiệp hội Hóa học Hoa kỳ ACS, là máy sản xuất nhiên liệu tự duy trì, cần đơn giản để có thể sản xuất hàng loạt.

“Khái niệm này đại thể tương tự như một chiếc lá nhân tạo. Những gì chúng ta có được là một mô-đun tích hợp có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện thúc đẩy phản ứng điện hóa. Nó sử dụng nước và ánh sáng mặt trời để thu được các nhiên liệu hóa học”, Lou nói.

Perovskites là các tinh thể có các mạng tinh thể hình khối, có khả năng hấp thu ánh sáng. Hiệu suất cao nhất của Pin mặt trời perovskite được sản xuất cho đến nay đạt trên 25%, tuy nhiên các vật liệu này có chi phí đắt và có xu hướng bị kéo căng bởi ánh sáng, độ ẩm và nhiệt.

“Jia Liang đã thay thế các thành phần đắt tiền, như bạch kim, trong pin mặt trời perovskite bằng các chất thay thế khác như carbon. Điều đó làm giảm bớt các rào cản thương mại của thiết bị. Các thiết bị tích hợp giống như thế này rất có triển vọng vì chúng tạo ra một hệ thống rất bền vững. Thiết bị này không cần bất kỳ nguồn đầu vào bên ngoài nào để giữ cho mô-đun hoạt động”, Lou cho biết.

Jia Liang cho biết, thành phần quan trọng của thiết bị không phải là perovskite mà là polymer đóng kín nó, bảo vệ mô-đun và cho phép ngâm được trong nước trong thời gian dài.

“Các nhà nghiên cứu khác đã phát triển được các hệ thống xúc tác kết nối pin mặt trời ở bên ngoài nguồn nước với các điện cực được nhúng chìm bằng một sợi dây. Chúng tôi đã đơn giản hóa hệ thống bằng cách đóng gói lớp perovskite bằng màng Surlyn (polymer). Màng được trang trí bằng hoa văn này cho phép ánh sáng mặt trời chiếu tới pin mặt trời đồng thời bảo vệ nó và đảm nhiệm như một chất cách điện giữa các tế bào và các điện cực”, Liang nói.

“Với một thiết kế hệ thống thông minh, có khả năng tạo ra một vòng lặp tự duy trì. Ngay cả khi không có ánh sáng mặt trời, cũng có thể sử dụng năng lượng dự trữ dưới dạng nhiên liệu hóa học. Có thể đặt các sản phẩm hydro và oxy vào các bể riêng biệt và kết hợp với một mô-đun khác như pin nhiên liệu để chuyển đổi những nhiên liệu đó thành điện năng”, Lou nhấn mạnh.

Các nhà nghiên cứu cho biết, họ sẽ tiếp tục cải thiện kỹ thuật đóng gói này cũng như các pin mặt trời để nâng cao hiệu suất của các mô-đun.

Nguồn: VISTA