Tăng áp suất giúp loại bỏ nhiều hydro hơn từ lá nhân tạo

Khi nói đến một số quá trình nhất định, thật khó để đánh bại thiên nhiên. Lấy quang hợp làm ví dụ, nhờ có lá, cây có thể hút carbon dioxide ra khỏi không khí, kết hợp nó với nước và lấy năng lượng cần thiết để sống, đồng thời thải ra lượng oxy lành mạnh cho phần còn lại của hành tinh.

Vì vậy, thay vì cố gắng làm tốt hơn một chiếc lá, các nhà khoa học đã dành nhiều năm để mô phỏng và áp dụng các nguyên tắc của nó theo những cách độc đáo. Trong khi chúng ta thấy những chiếc lá nhân tạo có thể sản xuất mọi thứ từ khí tổng hợp đến thuốc dược phẩm, một trong những ứng dụng hứa hẹn nhất của mảnh công nghệ nhỏ này là giải phóng hydro từ không khí và nước . Điều này xảy ra trong quá trình quang hợp tự nhiên khi thực vật tách các nguyên tử hydro và oxy của phân tử nước.

Các bong bóng hình thành trong quá trình hóa học bên trong lá nhân tạo có thể ức chế hiệu quả của hệ thống.

Các lá nhân tạo sản xuất hydro hiện tại được gọi là tế bào quang điện hóa (PEC) – sử dụng điện cực chạy bằng ánh sáng để tạo ra dòng điện phân tách nước thành hydro và oxy. Loại tốt nhất trong số chúng có tỷ lệ chuyển đổi năng lượng là 19%, một thước đo lượng điện năng ròng thu được từ một hệ thống. Để so sánh, các tấm pin mặt trời tốt nhất hiện đang hoạt động có tỷ lệ chuyển đổi năng lượng khoảng 24%.

Một trong những vấn đề khi đẩy PEC vượt quá tốc độ này là trong quá trình này, các bong bóng bắt đầu hình thành trong dung dịch điện phân mà các điện cực đang hoạt động. Những bong bóng này có thể cản trở dung dịch tiếp xúc với điện cực và cũng có thể ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ ánh sáng của hệ thống.

Nghĩ rằng họ có thể chế ngự được vấn đề bong bóng, các nhà nghiên cứu từ Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) của Đức đã thử nghiệm ý tưởng áp dụng nhiều áp suất khí quyển hơn vào hoạt động bên trong của PEC. Họ phát hiện ra rằng nếu áp suất vận hành tăng lên 8 bar, họ có thể giữ các bong bóng ở mức đủ để giảm một nửa tổng lượng năng lượng bị mất của hệ thống, điều này có thể dẫn đến tỷ lệ chuyển đổi năng lượng cao hơn 5-10% so với các hệ thống tiêu chuẩn vàng hiện tại.

“Có thể tránh được gần như hoàn toàn tổn thất tán xạ quang học ở áp suất này, chúng tôi cũng thấy sự giảm đáng kể trong giao thoa sản phẩm, đặc biệt là việc truyền oxy đến điện cực đối diện”, tác giả đầu tiên của nghiên cứu Feng Liang cho biết. 

An Hạ