newboi
Thanh niên Ngõ chợ
ngày 22 tháng 7 năm 2025
nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Pan Feng (ảnh dưới) chuyên khoa Vật liệu Tiên tiến, Khoa cao học Thâm Quyến, Đại học Bắc Kinh đã khám phá ra các cơ chế chi phối cách thức proton được lưu trữ và vận chuyển trong pin nước. Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết sẽ có thể dẫn đến các giải pháp thay thế an toàn, sạc nhanh hơn và dung lượng cao hơn so với pin lithi-ion. Được xuất bản trên tạp chí Matter, của kênh đài Cell Press, nghiên cứu có tiêu đề "Lưu trữ và vận chuyển proton trong pin nước" tiết lộ cách kỹ thuật mạng lưới liên kết hydro cho phép lưu trữ và vận chuyển proton hiệu quả.
Ion H⁺
Pin nước, sử dụng chất điện phân gốc nước, sẽ an toàn hơn so với hệ thống lithi-ion nhưng thường có mật độ năng lượng thấp hơn. Do khối lượng nhẹ và tính di động cao, proton (ion H⁺) có nhiều tiềm năng, nhưng tính chất hóa học phức tạp của proton đã hạn chế ứng dụng thực tế.
nhóm nghiên cứu của Pan chứng minh rằng proton di chuyển theo cơ chế kiểu Grotthuss (ảnh dưới) nhảy giữa các liên kết hydro thay vì khuếch tán như các ion kim loại. Điều này cho phép di chuyển cực nhanh, "không khuếch tán" và định vị proton như các hạt mang điện lý tưởng cho pin nước hiệu suất cao.
Pin nước
Nghiên cứu này giải quyết một thách thức đã có từ lâu trong việc lưu trữ điện năng: đạt được cả tính an toàn và hiệu suất cao. Bằng cách tiết lộ cách các mạng lưới liên kết hydro tạo điều kiện thuận lợi cho việc lưu trữ và vận chuyển proton, nghiên cứu đã đặt nền tảng lý thuyết vững chắc cho một thế hệ hệ thống năng lượng mới có thể sánh ngang hoặc vượt trội hơn công nghệ lithi-ion.
khác những ion lithi (Li⁺) và natri (Na⁺), tạo thành liên kết ion ổn định với oxy trong các khung tinh thể cứng, proton (H⁺) tạo thành liên kết cộng hoá trị H–O bão hòa hơn và không tích hợp vào mạng tinh thể theo cùng một cách.
Mạng hydro
Một đóng góp quan trọng của nghiên cứu là đề nghị 3 chiến lược cốt lõi để tối ưu hóa hiệu suất pin nước bằng cách sử dụng kỹ thuật mạng lưới liên kết hydro.
thứ nhất, trong thiết kế điện cực, các nhà nghiên cứu đã đề nghị nhúng các mạng lưới liên kết hydro chứa nước hoặc mạng lưới liên kết hydro khan, vào vật liệu thể rắn để tạo ra các đường dẫn cho proton di chuyển.
thứ hai, thông qua việc điều chỉnh chất điện phân, nhóm đã chứng minh rằng việc điều chỉnh nồng độ axit và loại anion (điện tích âm) có trong chất điện phân sẽ có thể ổn định và tăng cường khả năng dẫn proton.
thứ ba, về mặt thiết kế giao diện, nhóm nghiên cứu đã thấy rằng việc biến đổi bề mặt điện cực, chẳng hạn như đưa các nhóm hydroxyl (–OH) và carboxyl (–COOH) vào bằng phương pháp xử lý plasma oxy, có thể tạo ra các kênh cầu nối proton giúp giảm mạnh điện trở truyền-điện-tích của giao diện và cải thiện động học của phản ứng.
cùng nhau, các chiến lược này tạo thành một "bộ khung công việc" giúp làm rõ hành vi của proton trong các hệ thống nước và mở đường cho việc lưu trữ điện năng an toàn, nhanh và hiệu quả hơn.
nhóm nghiên cứu được dẫn dắt bởi Giáo sư Pan Feng (ảnh dưới) chuyên khoa Vật liệu Tiên tiến, Khoa cao học Thâm Quyến, Đại học Bắc Kinh đã khám phá ra các cơ chế chi phối cách thức proton được lưu trữ và vận chuyển trong pin nước. Nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết sẽ có thể dẫn đến các giải pháp thay thế an toàn, sạc nhanh hơn và dung lượng cao hơn so với pin lithi-ion. Được xuất bản trên tạp chí Matter, của kênh đài Cell Press, nghiên cứu có tiêu đề "Lưu trữ và vận chuyển proton trong pin nước" tiết lộ cách kỹ thuật mạng lưới liên kết hydro cho phép lưu trữ và vận chuyển proton hiệu quả.
Ion H⁺
Pin nước, sử dụng chất điện phân gốc nước, sẽ an toàn hơn so với hệ thống lithi-ion nhưng thường có mật độ năng lượng thấp hơn. Do khối lượng nhẹ và tính di động cao, proton (ion H⁺) có nhiều tiềm năng, nhưng tính chất hóa học phức tạp của proton đã hạn chế ứng dụng thực tế.
nhóm nghiên cứu của Pan chứng minh rằng proton di chuyển theo cơ chế kiểu Grotthuss (ảnh dưới) nhảy giữa các liên kết hydro thay vì khuếch tán như các ion kim loại. Điều này cho phép di chuyển cực nhanh, "không khuếch tán" và định vị proton như các hạt mang điện lý tưởng cho pin nước hiệu suất cao.
Pin nước
Nghiên cứu này giải quyết một thách thức đã có từ lâu trong việc lưu trữ điện năng: đạt được cả tính an toàn và hiệu suất cao. Bằng cách tiết lộ cách các mạng lưới liên kết hydro tạo điều kiện thuận lợi cho việc lưu trữ và vận chuyển proton, nghiên cứu đã đặt nền tảng lý thuyết vững chắc cho một thế hệ hệ thống năng lượng mới có thể sánh ngang hoặc vượt trội hơn công nghệ lithi-ion.
khác những ion lithi (Li⁺) và natri (Na⁺), tạo thành liên kết ion ổn định với oxy trong các khung tinh thể cứng, proton (H⁺) tạo thành liên kết cộng hoá trị H–O bão hòa hơn và không tích hợp vào mạng tinh thể theo cùng một cách.
Mạng hydro
Một đóng góp quan trọng của nghiên cứu là đề nghị 3 chiến lược cốt lõi để tối ưu hóa hiệu suất pin nước bằng cách sử dụng kỹ thuật mạng lưới liên kết hydro.
thứ nhất, trong thiết kế điện cực, các nhà nghiên cứu đã đề nghị nhúng các mạng lưới liên kết hydro chứa nước hoặc mạng lưới liên kết hydro khan, vào vật liệu thể rắn để tạo ra các đường dẫn cho proton di chuyển.
thứ hai, thông qua việc điều chỉnh chất điện phân, nhóm đã chứng minh rằng việc điều chỉnh nồng độ axit và loại anion (điện tích âm) có trong chất điện phân sẽ có thể ổn định và tăng cường khả năng dẫn proton.
thứ ba, về mặt thiết kế giao diện, nhóm nghiên cứu đã thấy rằng việc biến đổi bề mặt điện cực, chẳng hạn như đưa các nhóm hydroxyl (–OH) và carboxyl (–COOH) vào bằng phương pháp xử lý plasma oxy, có thể tạo ra các kênh cầu nối proton giúp giảm mạnh điện trở truyền-điện-tích của giao diện và cải thiện động học của phản ứng.
cùng nhau, các chiến lược này tạo thành một "bộ khung công việc" giúp làm rõ hành vi của proton trong các hệ thống nước và mở đường cho việc lưu trữ điện năng an toàn, nhanh và hiệu quả hơn.
Sửa lần cuối:
