CHLB ĐỨC – Dự án E2NGEL, được thực hiện bởi viện nhiệt động lực học kỹ thuật Stuttgart (DLR-TT – Stuttgart institute of technical thermodynamics) đã chứng minh rằng các điện cực không chứa kim loại quý (*) có thể là một lựa chọn thay thế mạnh mẽ và ổn định cho các hệ thống hiện hành.
(*) Kim loại quý: là những kim loại quý hiếm và đắt đỏ như bạch kim (platinum), iridium, ruthenium hay vàng.

Thông qua dự án ‘E2NGEL, precious metal-free electrodes for the next generation of alkaline electrolysis’ (tạm dịch là ‘E2NGEL, điện cực không chứa kim loại quý cho hệ thống điện phân kiềm (*) thế hệ tiếp theo’), viện nhiệt động lực học kỹ thuật thuộc trung tâm hàng không vũ trụ Đức (DLR), phối hợp cùng các đối tác công nghiệp, đóng góp quan trọng vào việc thực thi chiến lược ‘National hydrogen strategy’ (tạm dịch là ‘Chiến lược hydro quốc gia’). Mục tiêu của dự án là vượt qua rào cản then chốt về công nghệ và kinh tế trong sản xuất hydro, từ đó hỗ trợ bền vững cho việc ứng dụng điện phân kiềm trên quy mô lớn.
(*) Alkaline electrolysis: là công nghệ sản xuất khí hydro bằng cách sử dụng dòng điện để tách nước. Quá trình này diễn ra trong một máy điện phân, bao gồm hai điện cực (cực dương và cực âm) nhúng trong dung dịch chất điện ly kiềm (thường là kali hydroxit – KOH hoặc natri hydroxit – NaOH).

Tầm quan trọng của điện cực không chứa kim loại quý
Điện phân kiềm là một công nghệ sản xuất hydro đã có từ lâu. Tuy nhiên, khi tiến tới giai đoạn mở rộng sản xuất công nghiệp, các yếu tố về chi phí, nguồn cung vật liệu và an ninh cung ứng ngày càng trở thành vấn đề gây cản trở.

Trong bối cảnh này, kim loại quý đang là nhân tố gây hạn chế: chúng có chi phí đắt đỏ, biến động giá cao và được xếp vào nhóm nguyên liệu thô tới hạn (critical raw materials) (*). Do đó, việc thay thế kim loại quý không chỉ giúp giảm đáng kể chi phí điện cực mà còn giảm thiểu các rủi ro liên quan đến nguồn cung. Khi mở rộng quy mô điện cực và sản xuất hàng loạt, chi phí cũng như khả năng cung ứng của các kim loại cơ bản được sử dụng sẽ trở nên đặc biệt quan trọng, đối với cả bộ điện phân (stack) nói riêng và toàn bộ hệ thống điện phân nói chung.
(*) Nguyên liệu thô tới hạn (critical raw materials): là thuật ngữ dùng để chỉ các loại khoáng sản và kim loại đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với nền kinh tế (đặc biệt là các ngành công nghệ cao), nhưng lại đối mặt với rủi ro cao về gián đoạn nguồn cung.

Thách thức kỹ thuật và phương pháp tiếp cận trong dự án E2NGEL
Trước đây, các phương pháp tiếp cận điện cực không chứa kim loại quý thường không thể cạnh tranh với các hệ thống dựa trên kim loại quý về hiệu suất, điện áp tế bào và mật độ dòng điện đạt được, hoặc bộc lộ những hạn chế về tuổi thọ vận hành. Mặc dù nhiều quy trình phủ bề mặt đã được nghiên cứu trước đây, nhưng chỉ trong khuôn khổ dự án E2NGEL, một khái niệm điện cực tối ưu hóa toàn diện mới có thể được phát triển thành công. Yếu tố quyết định ở đây chính là sự kết hợp có mục tiêu giữa các vật liệu đầu vào tối ưu, quy trình phủ tiên tiến và các bước xử lý sau quy trình (hoàn thiện đặc tính lý – hóa) phù hợp cho điện cực. Công nghệ điện cực này đã được nghiên cứu và hoàn thiện qua nhiều năm tại trung tâm DLR, hiện tại đã được triển khai ở quy mô công nghiệp. Các thông tin chuyên sâu khác đã được Tiến sĩ Karsten Lange (Rheinmetall) cùng các cộng sự trình bày vào tháng 8/2025 trong sự kiện ‘Energy research networks’ (tạm dịch là ‘Mạng lưới nghiên cứu năng lượng’).

Hiệu suất và độ ổn định lâu dài
Các điện cực được phát triển trong dự án cho thấy kết quả về hiệu suất và quá điện áp (overvoltage) (*) tương đương với các hệ thống dựa trên kim loại quý đã được công bố. Mặc dù dữ liệu trong các tài liệu chuyên ngành chỉ có thể so sánh ở mức độ tương đối do sự khác biệt về cấu trúc tế bào và các thành phần, nhưng nhìn chung, hiệu suất tổng thể của điện cực E2NGEL hoàn toàn có khả năng cạnh tranh cao. Độ ổn định lâu dài cũng đạt được kỳ vọng đề ra: tỷ lệ thoái hóa (degradation rates) quan sát được nằm trong ngưỡng tương đương với các báo cáo về hệ thống sử dụng kim loại quý.
(*) Overvoltage: là phần năng lượng điện ‘dư thừa’ cần phải tiêu tốn thêm so với mức lý thuyết để thúc đẩy một phản ứng hóa học xảy ra.

Giai đoạn thử nghiệm và kinh nghiệm vận hành
Tại trung tâm DLR, các điện cực riêng lẻ đã trải qua các bài kiểm tra điện hóa với thời gian vận hành hơn 1.000 giờ. Bên cạnh đó, các kết quả từ việc vận hành bộ điện phân (stack) cũng đã được ghi nhận: công ty McPhy đã công bố các đường đặc tính (characteristic curves) (*) sau khoảng 50 ngày vận hành, tương đương gần 1.200 giờ hoạt động. Những kết quả này đã được trình bày tại hội thảo công nghiệp lần thứ 8 về điện phân kiềm tiên tiến (the 8th industry workshop advanced alkaline electrolysis) của viện IFAM Dresden, cùng một số diễn đàn chuyên ngành khác.
(*) Characteristic curves: là các đường đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng vận hành của một thiết bị hoặc hệ thống, dùng để mô tả cách chúng vận hành trong các điều kiện khác nhau.

Đóng góp của các bên tham gia dự án
Dự án E2NGEL được xây dựng dựa trên sự hợp tác chặt chẽ và hiệu quả giữa khối nghiên cứu và các đơn vị công nghiệp dọc theo toàn bộ chuỗi giá trị của điện phân kiềm. Viện DLR-TT chịu trách nhiệm hỗ trợ khoa học, đánh giá cấu trúc và đặc tính điện hóa của các điện cực không chứa kim loại quý. Công việc này bao gồm thiết kế các phương pháp thử nghiệm phù hợp, đặc tính hóa thực nghiệm trong các điều kiện thực tế, cũng như phân tích các đặc tính hiệu suất, quá điện áp và hiện tượng thoái hóa, với trọng tâm đặc biệt là độ ổn định lâu dài. Ngoài ra, các quy trình phủ điện cực của trung tâm DLR cũng đã được phát triển sâu hơn, và những điện cực hydro hiệu quả nhất của dự án đã được sản xuất trực tiếp tại trung tâm DLR.

Định hướng phát triển chuyên sâu
Tập đoàn Rheinmetall đã đảm nhận việc phát triển vật liệu và sản xuất điện cực ở quy mô công nghiệp. Tại đây, cả vật liệu đầu vào cũng như các quy trình phủ và xử lý sau quy trình đều được phát triển chuyên biệt nhằm lần đầu tiên hiện thực hóa các điện cực không chứa kim loại quý đạt hiệu suất tương đương tiêu chuẩn công nghiệp.

Vận hành trong điều kiện thực tế
Quá trình tích hợp vào các bộ điện phân kiềm (stacks) và vận hành trong điều kiện thực tế đã được thực hiện tại tập đoàn McPhy. Các bài kiểm tra tại đây đã cung cấp những hiểu biết quan trọng về khả năng chuyển đổi kết quả từ phòng thí nghiệm sang vận hành quy mô lớn, cũng như mức độ phù hợp của các điện cực đối với các chế độ vận hành linh hoạt (dynamic operating modes). Công tác nghiên cứu tại tập đoàn McPhy Đức được dẫn dắt bởi Tiến sĩ Matthias Neben, và các hoạt động này đã được chuyển giao, tích hợp vào cấu trúc của công ty John Cockerill Hydrogen.

Để xem các tin bài khác về “Điện phân kiềm”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Hannover Messe

Lưu ý: 

Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau:
1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video)
2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn
3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề.
4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net