Thông tin chung đề tài:

Lĩnh vực: Năng lượng

Tác giả: Vũ Thị Thu Hà

Đơn vị: Phòng thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ lọc hóa dầu - Bộ Công Thương

Nội dung chính của giải pháp/nghiên cứu

- Nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo vật liệu xúc tác nano trên cơ sở Pt/graphen có hoạt tính và độ bền hoạt tính cao trong phản ứng oxy hóa điện hóa methanol và ethanol;

- Nghiên cứu ứng dụng vật liệu xúc tác nano trên cơ sở Pt/graphen chế tạo anot cho pin nhiên liệu sử dụng alcohol trực tiếp (DMFC và DEFC);

- Lắp ráp thử nghiệm một số mô hình pin nhiên liệu sử dụng alcohol trực tiếp.

Mục tiêu giải pháp/nghiên cứu

Đóng góp vào kết quả nghiên cứu về xúc tác Pt/graphen, mở ra các hướng ứng dụng một cách hiệu quả các chất xúc tác trên cơ sở Pt mang trên vật liệu graphen, góp phần rút ngắn khoảng cách trong tiến trình ứng dụng thế hệ xúc tác Pt/graphen trong pin DAFC, là kết quả được cộng đồng khoa học thế giới quan tâm.

Kết quả nghiên cứu/giải pháp

Đã xác lập được 3 cụm quy trình công nghệ hoàn thiện (ứng với tổng cộng 7 quy trình thành phần), bao gồm:

- Quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo vật liệu xúc tác nano trên cơ sở Pt(Pd)/rGO biến tính, quy mô 10 lít sản phẩm/mẻ (gồm 3 quy trình thành phần: Quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo vật liệu xúc tác nano Pt/rGO biến tính PtAG; Quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo vật liệu xúc tác nano Pd/rGO biến tính PdASG; Quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo vật liệu xúc tác nano Pt/GQ biến tính PtGQ);

- Quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo mực xúc tác trên cơ sở Pt(Pd)/rGO biến tính, quy mô 10 lít nguyên liệu/mẻ (gồm 3 quy trình thành phần: Quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo vật liệu phủ anot chứa vật liệu xúc tác nano Pt/rGO biến tính; Quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo vật liệu phủ anot chứa vật liệu xúc tác nano Pd/rGO biến tính; Quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo vật liệu phủ anot chứa vật liệu xúc tác nano Pt/GQ biến tính);

- Quy trình công nghệ hoàn thiện chế tạo anot trong pin nhiên liệu DAFC, trên cơ sở vật liệu phủ anot chứa vật liệu xúc tác nano Pt/graphene.

Đặc biệt, nhóm tác giả 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/(rGO-GQDs), với hàm lượng Pt rất thấp và hoạt tính điện hóa siêu cao trong phản ứng oxy hóa điện hóa methanol MOR (khoảng 113.000 mA.mg_Pt^-1) và oxy hóa điện hóa ethanol EOR (65.000 mA.mg_Pt^-1) - cao 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.

Giá trị ứng dụng

Các kết quả này đã được nhóm tác giả đăng ký độc quyền sở hữu trí tuệ tại Cục Sở hữu trí tuệ Việt Nam và tại Cục Sáng chế và Bảo hộ thương hiệu Hoa kỳ. Quy trình công nghệ đăng ký trong sáng chế có rất nhiều đặc tính ưu việt, như phương pháp điều chế vật liệu nano khá đơn giản, dễ dàng mở rộng công suất lên quy mô lớn, sử dụng tiết kiệm kim loại quí, không gây lãng phí nguồn carbon, hoạt tính của xúc tác “siêu” cao, cao hơn tất cả các xúc tác cùng họ đã được công bố trên thế giới đến thời điểm này. Tất cả các ưu điểm này làm cho giá thành vật liệu xúc tác giảm đáng kể, dẫn tới tăng đáng kể tính khả thi ứng dụng trong công nghiệp.

Áp dụng các quy trình hoàn thiện này, PTNTĐ đã chế tạo được 05 mô hình pin nhiên liệu DAFC, với hiệu suất chuyển hóa hóa năng thành điện năng cao, đạt đến trên 95% so với con số lý thuyết.

Trong thời gian tới, PTNTĐ tiếp tục phát triển định hướng chiến lược này song song với việc thương mại hóa các sản phẩm vật liệu nano và vật liệu xúc tác trên cơ sở graphene trên thị trường quốc tế và trong nước.