Nhật Bản đưa vật liệu siêu dẫn vào pin thế hệ mới

Một nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học Tokyo (Science Tokyo, Nhật Bản) vừa công bố một phát hiện đột phá có thể tạo ra bước tiến lớn trong công nghệ pin nhiên liệu. Dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Masatomo Yashima thuộc Khoa Hóa học, nhóm nghiên cứu đã phát triển một vật liệu mới chứa rubidium (Rb) có khả năng dẫn điện vượt trội, giúp tối ưu hóa hiệu suất của pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC).

Bước ngoặt trong công nghệ pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) là một trong những công nghệ đầy tiềm năng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, có khả năng sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, từ hydro đến khí tự nhiên. Tuy nhiên, SOFC vẫn gặp phải những trở ngại lớn như chi phí sản xuất cao, độ bền hạn chế và yêu cầu nhiệt độ vận hành rất cao để đạt hiệu suất tối ưu.

Một nhóm nghiên cứu từ Viện Khoa học Tokyo (Science Tokyo, Nhật Bản) vừa công bố một phát hiện đột phá có thể tạo ra bước tiến lớn trong công nghệ pin nhiên liệu. - Ảnh minh hoạ

Nhằm khắc phục những hạn chế này, nhóm nghiên cứu Nhật Bản đã tập trung phát triển vật liệu có khả năng vận chuyển ion oxy (O²⁻) một cách hiệu quả hơn, qua đó cải thiện đáng kể hiệu suất và độ bền của SOFC. Sau khi phân tích 475 hợp chất khác nhau dựa trên rubidium, các nhà khoa học xác định hợp chất Rb₅BiMo₄O₁₆ là ứng cử viên triển vọng nhất.

Rubidium được chọn làm thành phần chính nhờ những đặc tính độc đáo của nó. Thứ nhất, kích thước nguyên tử lớn giúp tạo ra nhiều khoảng trống trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện thuận lợi cho ion oxy di chuyển. Thứ hai, rubidium có mức năng lượng kích hoạt thấp, giúp giảm lượng năng lượng cần thiết để vận chuyển ion, qua đó nâng cao tính dẫn điện của vật liệu.

Các thử nghiệm cho thấy, ở nhiệt độ 300°C, hợp chất mới có độ dẫn ion oxy cao gấp 29 lần so với vật liệu zirconia ổn định yttria (YSZ) – loại vật liệu đang được sử dụng phổ biến trong SOFC. Đáng chú ý, cấu trúc tinh thể đặc biệt với sự sắp xếp của các đơn vị tứ diện MoO₄ giúp hỗ trợ quá trình di chuyển của ion oxy, nâng cao hiệu suất tổng thể.

Tiềm năng ứng dụng rộng mở

Không chỉ mang lại hiệu suất vượt trội, hợp chất Rb₅BiMo₄O₁₆ còn duy trì tính ổn định trong nhiều điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, môi trường ẩm và tiếp xúc với nước. Điều này mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi cho vật liệu này trong các hệ thống năng lượng sạch, từ pin nhiên liệu, cảm biến khí đến chất xúc tác công nghiệp.

Rubidium có thể giúp ích cho các công nghệ năng lượng sạch như pin nhiên liệu, cảm biến và chất xúc tác. Ảnh: Wikimedia commons

Giáo sư Masatomo Yashima nhấn mạnh: "Đáng ngạc nhiên, Rb₅BiMo₄O₁₆ thể hiện độ dẫn oxit-ion cao, có thể so sánh với các chất dẫn oxit-ion hàng đầu hiện nay. Việc phát hiện ra oxit chứa rubidium với cả độ dẫn điện cao và độ ổn định vượt trội có thể mở ra một hướng đi mới trong việc phát triển vật liệu dẫn ion oxy."

Nếu các nghiên cứu tiếp theo xác nhận kết quả này, vật liệu mới có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nhiệt độ vận hành của SOFC, từ đó giúp giảm chi phí sản xuất và nâng cao độ bền của hệ thống. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc thương mại hóa SOFC và thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.

Giáo sư Yashima kỳ vọng: "Chúng tôi hy vọng rằng những tiến bộ này sẽ không chỉ mở ra cơ hội mới cho rubidium mà còn góp phần giảm chi phí và mở rộng thị trường ứng dụng cho pin nhiên liệu oxit rắn."