Khoa học công nghệ ngành Công Thương

Thứ năm, 22/04/2021 | 03:38

Thứ năm, 22/04/2021 | 03:38

Kết quả nhiệm vụ KHCN

Cập nhật lúc 09:34 ngày 31/03/2021

Việt Nam điều chế mực xúc tác, ứng dụng trong chế tạo điện cực màng cho pin nhiên liệu

Nhiệm vụ “Nghiên cứu công nghệ điều chế mực xúc tác trên cơ sở kim loại quí/graphen, ứng dụng trong chế tạo điện cực màng (anot) cho pin nhiên liệu sử dụng alcohol trực tiếp” do Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc, hoá dầu chủ trì, thuộc nhiệm vụ thường xuyên của Phòng thí nghiệm trọng điểm. Chủ nhiệm nhiệm vụ là GS.TS. Vũ Thị Thu Hà. Nhiệm vụ đã được nghiệm thu cấp Bộ với kết quả Xuất sắc.
Đây là một nhiệm vụ có tính ứng dụng cao, bởi nguồn năng lượng hóa thạch có nguy cơ giảm dẫn đến thiếu hụt do trữ lượng có hạn trong khi nhu cầu sử dụng ngày càng lớn, kèm theo là việc tiêu thụ nguồn năng lượng này còn gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nguồn năng lượng mới thay thế từ “pin nhiên liệu” sẽ là rất cần thiết. Pin nhiên liệu là loại thiết bị năng lượng có mức phát thải ô nhiễm gần như bằng 0, thân thiện với môi trường.
Các kết quả thu được của đề tài đều vượt yêu cầu so với đặt hàng. Cụ thể, đã xây dựng được nhóm qui trình công nghệ ổn định, có độ lặp lại trên 98% để chế tạo vật liệu graphen. Đã xây dựng và áp dụng nhóm qui trình công nghệ, qui mô 200 mL/mẻ, chế tạo mực xúc tác trên cơ sở kim loại quí/vật liệu graphen. Kết quả, mực xúc tác CI-PFG do dự án chế tạo có hiệu suất oxi hóa chuyển hóa metanol đạt 17.849 mA.mgPt-1 và etanol đạt 15.466 mg.mgPt-1, cao hơn khoảng 15 lần so với xúc tác thương mại Pt/C đã được công bố. Độ ổn định hoạt tính ở nhiệt độ thường sau 900 vòng quét đạt 74,2% với metanol và 87,2% với etanol. Mực xúc tác Pt/rGQ có hiệu suất oxi hóa chuyển hóa metanol đạt 26.579 mA.mgPt-1 và etanol đạt 17.156 mA.mgPt-1, cao hơn khoảng 17 đến 26 lần so với xúc tác thương mại Pt/C đã được công bố. Độ ổn định hoạt tính ở nhiệt độ thường sau 900 vòng quét đạt 86,0% với metanol và 83,4% với etanol.
Hoạt tính siêu cao của hệ xúc tác Pt/FLG, điều chế bởi phương pháp mới
Thông qua quá trình nghiên cứu, nhiệm vụ đã đánh giá tính năng của điện cực màng trong pin nhiên liệu DAFC. Theo đó, bề mặt điện cực anot được phủ bởi mực xúc tác CI-PFG hoặc CI-PrGQ không xuất hiện các vết nứt. Mật độ công suất cực đại của pin DMFC đạt tương ứng 118,33 và 134,05 mW cm-2; của pin DEFC đạt tương ứng 35,24 và 42,24 mW cm-2.
Bước đầu, đã nghiên cứu ứng dụng thành công vật liệu FLG và GO làm phụ gia trong dầu nhờn động cơ và dầu nhờn máy công nghiệp: sự có mặt của phụ gia giúp tăng tải trọng hàn dính đến 11%, giảm đường kính vết vài mòn đến 22%, so với dầu gốc không chứa phụ gia; Nghiên cứu ứng dụng thành công vật liệu GO làm xúc tác cho phản ứng thủy phân cellulose thành glucose, cho hiệu suất sản phẩm 27%. Đồng thời, đã nghiên cứu một cách hệ thống và bài bản tính axit của GO bằng cách sử dụng kỹ thuật đo nhiệt hấp phụ NH3 và đề xuất cơ chế hình thành tính axit rất mạnh của GO; Đã phát triển thành công các phương pháp mới, hiệu quả cao, chi phí thấp, để điều chế dòng xúc tác Pt/FLG và Pt/rGQ, với hàm lượng Pt rất thấp và hoạt tính điện hóa siêu cao trong phản ứng MOR (khoảng 113.000 mA.mgPt-1 ) và EOR (65.000 mA.mgPt-1) - gấp hàng chục đến hàng trăm lần hoạt tính của các chất xúc tác cùng loại đã được công bố trên thế giới đến thời điểm này.
 Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc, hoá dầu đã nộp đơn đăng ký độc quyền Sáng chế tại Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam và  đơn đăng ký độc quyền Sáng chế tại Cục Sáng chế và Bảo hộ thương hiệu Hoa kỳ. Hiện tại, các đơn này đang được thẩm định nội dung để xem xét cấp bằng.
Có thể thấy, các kết quả của đề tài có tính mới, tính sáng tạo, đạt trình độ quốc tế và có sự đóng góp đáng kể về mặt học thuật trong nghiên cứu về xúc tác Pt/graphen. Nhiều kết quả hết sức độc đáo của đề tài đã mở ra các hướng ứng dụng một cách hiệu quả các chất xúc tác trên cơ sở Pt mang trên vật liệu graphen, được điều chế bằng các phương pháp mới, đơn giản, ít tốn kém, trong khi có hiệu quả siêu cao, gấp hàng chục đến hàng trăm lần hiệu quả của các chất xúc tác đã được công bố đến thời điểm này.
Các kết quả nghiên cứu mang tính hệ thống và bài bản về công nghệ sản xuất mực xúc tác, ứng dụng trong pin DAFC mà đề tài thu được có ý nghĩa thực tiễn cao, góp phần rút ngắn khoảng cách trong tiến trình ứng dụng thế hệ xúc tác Pt/graphen trong pin DAFC, đang được cộng đồng khoa học và doanh nhân trên thế giới quan tâm.
Ngọc Anh
lên đầu trang