Thiết bị điện phân nước không cần màng ngăn

Các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ đã giải quyết vấn đề màng ngăn giá thành cao trong công nghệ điện phân nước bằng cách thiết kế một thiết bị có thể hoạt động không cần sử dụng màng và có khả năng tiến hành quá trình điện phân nước một cách thân thiện môi trường hơn.

dien-phan-nuocCác nhà nghiên cứu Thụy Sĩ đã giải quyết vấn đề màng ngăn giá thành cao trong công nghệ điện phân nước bằng cách thiết kế một thiết bị có thể hoạt động không cần sử dụng màng và có khả năng tiến hành quá trình điện phân nước một cách thân thiện môi trường hơn.

Trong các thiết bị điện phân nước truyền thống từ trước đến nay, khi hydro được tạo ra ở catôt và oxy được tạo ra ở anôt, màng ngăn bằng polyme có khả năng dẫn ion thường được đặt giữa hai điện cực. Ví dụ, một trong những loại màng được sử dụng phổ biến hiện nay là màng Nafion. Một trong những vai trò quan trọng của màng ngăn là phòng ngừa cháy nổ bằng cách tách riêng hai khí sản phẩm dễ cháy nổ. Tuy nhiên, chi phí sản xuất những màng polyme như vậy rất cao và chúng thường phải được thay mới định kỳ. Hơn nữa, do những màng ngăn đó chỉ hoạt động ổn định trong môi trường axit cao, nên chúng chỉ có thể làm việc với những kim loại đắt tiền như platin hoặc iridin.

Với mục tiêu vượt qua thách thức đó, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ liên bang Thụy Sĩ ở Lausane đã phát triển một loại thiết bị điện phân không màng ngăn. Trong thiết bị này hai tấm điện cực được bọc phủ bằng chất xúc tác hỗ trợ giải phóng hydro và oxy. Các tấm này được đặt cách nhau chỉ vài trăm micromet. Khe hở cực nhỏ giữa hai điện cực chính là bí quyết để thiết bị mới có thể vận hành mà không có nguy cơ cháy nổ tuy không có màng ngăn. Khi chất điện ly chảy giữa các tấm xúc tác, hydro và oxy được giải phóng ở các điện cực tương ứng của chúng. Các khí này không phối trộn với nhau do lực nâng trong khe hẹp đẩy chúng về hướng bề mặt các điện cực, nơi chúng được hình thành. Hiệu ứng này đã được biết đến như hiệu ứng Segre-Silberberg.

Sau đó, từng sản phẩm có thể được thu gom ở các đầu ra riêng. Theo các nhà nghiên cứu, tùy theo tốc độ dòng chảy của chất điện ly mà sự ngăn cách hiệu quả sẽ được tạo ra giữa hai chất khí. Kết quả thử nghiệm cho thấy, lượng oxy chứa trong dòng hydro thấp hơn 4 % - dưới giới hạn an toàn cháy nổ.

Do không sử dụng màng ngăn nên thiết bị điện phân nói trên cũng không gặp vấn đề về độ ổn định trong các môi trường pH khác nhau và cũng không gặp trở ngại về điện trở của màng ngăn, ngoại trừ điện trở của bản thân chất điện ly. Điện cực làm việc trong môi trường trung tính cũng sẽ ít bị ăn mòn, vì vậy mở ra khả năng sử dụng các chất xúc tác rẻ tiền hơn.

Nhóm nghiên cứu đang dự định nâng cấp thiết bị thử nghiệm rất có triển vọng nói trên. Do chỉ có duy nhất một khoảng cách cần được giữ nhỏ là khoảng cách giữa hai điện cực, nên họ đang thử nghiệm với các điện cực phẳng có diện tích bề mặt lớn, có thể được sử dụng làm thành bên cho kênh điện ly hẹp.

Theo một nhà nghiên cứu tại ĐHTH Côlômbia (Mỹ), nếu các nhà nghiên cứu Thụy Sĩ thành công trong việc biểu thị thiết bị nguyên mẫu nâng cấp thì phương án của họ có thể trở thành công nghệ có tính đột phá trong lĩnh vực sản xuất hydro có thể tái sinh.

Hoahocngaynay.com

Nguồn ChemistryWorld