Pin nhiên liệu hydro, sử dụng hydro xanh sản xuất tại chỗ làm nhiên liệu duy nhất, từ lâu đã được xem là nguồn năng lượng sạch tối ưu, nhưng việc thương mại hóa vẫn gặp nhiều khó khăn.

Một nhóm nghiên cứu đa ngành do Tiến sĩ Quentin Meyer và Giáo sư Chuan Zhao (Trường Hóa học, UNSW) dẫn đầu đã thành công trong việc nâng cao hiệu suất của pin nhiên liệu hydro, mở đường cho khả năng ứng dụng rộng rãi.

“Pin nhiên liệu hydro tạo ra điện sạch với nước là sản phẩm phụ duy nhất,” Tiến sĩ Meyer chia sẻ. “Về lý thuyết, chúng có thể cung cấp năng lượng sạch rẻ và dồi dào — biến đổi các ngành công nghiệp như vận tải hàng hóa và hàng không, vốn khó có thể dựa vào pin.”

Vấn đề tồn tại và giải pháp mới

Trong thực tế, một phần nước sinh ra bên trong pin thường bị mắc kẹt, cản trở dòng oxy và làm giảm hiệu suất. Các giải pháp truyền thống thường cần hệ thống phức tạp, tiêu tốn năng lượng, làm tăng chi phí và trọng lượng.

Thiết kế mới của nhóm UNSW đi theo hướng khác: cho phép nước và khí dư thoát ra trước khi tích tụ, mà không làm tăng giá thành. “Chỉ với những thay đổi cấu trúc nhỏ, pin nhiên liệu hydro có thể hiệu quả hơn nhiều,” Tiến sĩ Meyer cho biết.

Đột phá trong cấu trúc

Giải pháp tập trung vào kiến trúc bên trong của pin. Bằng kỹ thuật vi mô chính xác, nhóm đã tạo ra các kênh siêu nhỏ rộng 100 micromet, cách nhau bởi các gờ vi mô cùng kích thước. Những “đường thoát ngang” này hoạt động như lối thoát cho nước, ngăn tình trạng tích tụ gây nghẽn.

Kết quả là hiệu suất tăng vượt trội: “Pin nhiên liệu được tái thiết kế đạt công suất cao hơn 75% so với thiết kế truyền thống,” Tiến sĩ Meyer khẳng định. Giáo sư Peyman Mostaghimi (Trường Kỹ thuật Xây dựng UNSW) bổ sung: “Chúng tôi kết hợp công nghệ hình ảnh tiên tiến, mô phỏng dòng chảy và kỹ thuật vi mô chính xác để tái định hình pin nhiên liệu hydro tại Úc.”

Ứng dụng thực tế

Thiết kế mới cũng ít phụ thuộc vào kim loại quý như bạch kim, đồng thời hệ thống nhẹ hơn và rẻ hơn. Trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng hiện nay, giải pháp này đặc biệt có ý nghĩa đối với ngành hàng không và vận tải.

“Tôi tin rằng máy bay sẽ được vận hành bằng pin nhiên liệu hydro trong tương lai rất gần,” Tiến sĩ Meyer nhận định. Giáo sư Zhao bổ sung: “Với thiết kế này, hàng không nhẹ sử dụng hydro trở nên khả thi hơn nhiều.”

Trước mắt, nhóm nghiên cứu hướng đến ứng dụng cho máy bay bay thấp, nơi hệ thống hydro đã chứng minh khả năng cung cấp thời gian bay dài hơn đáng kể so với pin. Công nghệ “lateral bypass” này đã được cấp bằng sáng chế và hiện đang được nhóm UNSW tiếp tục phát triển để mở rộng quy mô.