Singapore phát triển vật liệu tế bào nhiên liệu cao cấp

Các nhà nghiên cứu Viện Kỹ thuật Sinh học và Công nghệ nano (IBN) của Singapore đã sử dụng một hỗn hợp gồm các hạt nano vàng, đồng và bạch kim để phát triển một loại vật liệu nhiên liệu tế bào năng lượng cao và sử dụng được lâu bền hơn.

Bước đột phá của các nhà khoa học này mới đây đã được công bố trong tạp chí hàng đầu thế giới "Năng lượng và Khoa học môi trường".

Tế bào nhiên liệu là một công nghệ đầy hứa hẹn được sử dụng như một nguồn điện để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử, phương tiện vận tải, máy bay và các thiết bị quân sự.

Một tế bào nhiên liệu có khả năng biến năng lượng hóa học thành điện năng thông qua một phản ứng hóa học giữa hydro (nhiên liệu) với oxy, và có thể sản sinh điện năng liên tục miễn là có một nguồn cung cấp nhiên liệu.

Pin nhiên liệu cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử.

Hiện nay, các tế bào nhiên liệu thương mại sử dụng các hạt nano bạch kim (platin) như là một chất xúc tác để tăng tốc độ phản ứng hóa học, bởi vì bạch kim là kim loại duy nhất có thể chống lại tình trạng axit cao bên trong tế bào này.

Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi các tế bào nhiên liệu này gặp trở ngại do bạch kim có chi phí cao mà sự ổn định lại thấp.

Để khắc phục hạn chế này, một nhóm các nhà nghiên cứu viện IBN, do Giám đốc điều hành, Giáo sư Jackie Y. Ying đứng đầu, đã phát minh ra một biện pháp thay thế phần trung tâm của chất xúc tác bằng hợp kim vàng-đồng và chỉ để lại lớp vỏ bên ngoài bằng bạch kim.

Vật liệu lai tạo mới này có thể cung cấp hoạt tính cao hơn gấp năm lần và có sự ổn định lớn hơn nhiều so với chất xúc tác platin thương mại.

Giáo sư Ying cho biết, trọng tâm nghiên cứu của IBN là phát triển công nghệ năng lượng xanh, một công nghệ có thể mang đến hiệu quả cao và tạo sự phát triển môi trường bền vững.

Ông cho rằng hệ thống nanocomposite mới, có hoạt tính cao và ít tốn kém hơn so với chất xúc tác platin thông thường, đã cho phép các nhà nghiên cứu IBN thúc đẩy đáng kể việc phát triển tế bào nhiên liệu và làm cho công nghệ này được ứng dụng thiết thực hơn trong công nghiệp.

Vật liệu nanocomposite mới của IBN có thể sản xuất ra một dòng điện ít nhất là 0,571 ampe trên mỗi miligam bạch kim, so với dòng điện 0,109 ampe trên mỗi miligam bạch kim khi sử dụng chất xúc tác platin thương mại.

Lần đầu tiên, một chất xúc tác mới đã chứng tỏ khả năng tăng cường cả tính ổn định và hoạt tính phản ứng của tế bào nhiên liệu đối với hàm lượng bạch kim giảm đáng kể.

Theo giáo sư Ying, việc thay thế lõi các hạt xúc tác nano bằng hợp kim vàng đồng sẽ ít tốn kém hơn và tiết kiệm sử dụng bạch kim, một kim loại quý tộc rất đắt tiền.