Các nhà nghiên cứu tại Đại học Wisconsin-Madison đang phát triển kỹ thuật sử dụng các phân tử để làm chất xúc tác cho tế bào năng lượng.
Phát triển xúc tác phân tử giúp giảm giá thành, tăng hiệu suất của tế bào năng lượng
Cách làm này hứa hẹn mở ra hướng phát triển mới cho công nghệ pin, giảm bớt sự phụ thuộc vào những loại xúc tác rắn, đắt tiền và khó sản xuất như platinum, rhodium hoặc palladium, tạo ra những loại pin nhiên liệu giá rẻ, hiệu suất cao hơn trước đây.
Các tế bào nhiên liệu tạo ra dòng điện dựa trên phản ứng hóa học giữa hydro và oxy tại 2 điện cực khác nhau. Cụ thể, mọi chất xúc tác tại cực dương sẽ oxy hóa nhiên liệu hydro để tạo ra các electron tự do và các ion mang điện. Các ion sẽ di chuyển qua chất điện phân trong khi các electron sẽ di chuyển trong dây dẫn, sau đó cung cấp cho thiết bị tiêu thụ điện. Sau đó cả 2 sẽ gặp lại và tái kết hợp với oxy tại cực âm để tại thành nước hoặc CO2. Và vai trò của xúc tác ở đây là giúp cho các phản ứng xảy ra hiệu quả hơn.
Trước đây, nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi giáo sư Shannon Stahl tại UW-Madison đã nghiên cứu kỹ thuật sử dụng xúc tác oxy để ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất. Lấy cảm hứng từ nghiên cứu trước đây, nhóm phát hiện được sự tương đồng giữa các phản ứng oxy hóa hiếu khí và phản ứng oxy hóa trong các tế bào nhiên liệu. Do đó, họ tìm cách ứng dụng kỹ thuật phát triển trong công nghiệp vào việc chế tạo pin. Cuối cùng, họ tạo ra một loại xúc tác mới, tạo thành từ hỗn hợp các phân tử gọi là nitroxyl và nitơ oxit để phản ứng với các điện cực và oxy.
Giáo sư Stahl cho biết: “Mặc dù hỗn hợp xúc tác này đã được sử dụng trước đây trong các phản ứng oxy hóa hiếu khí, nhưng chúng tôi vẫn chưa biết được rằng nó có thể đảm nhận vai trò xúc tác trong tế bào nhiên liệu hay không. Và qua nghiên cứu, cuối cùng chúng tôi nhận thấy rằng nó là hệ thống các phân tử xúc tác hiệu quả nhất từng được công bố. Nghiên cứu lần này lần đầu tiên cho thấy các chất xúc tác phân tử có thể hiệu quả tương đương với bạch kim. Đồng thời lợi thế của cách tiếp cận này là bạn có thể tiếp tục tinh chỉnh cấu trúc để đạt được hiệu quả cao hơn nữa.”