Phòng Công nghệ Hydro và điện hóa

Chức năng: Nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực công nghệ hydro, công nghệ điện hoá bảo vệ chống ăn mòn cho các công trình trong các môi trường khác nhau và những lĩnh vực khác liên quan. Nhiệm vụ: - Nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ và triển khai ứng dụng kết quả nghiên cứu trong những lĩnh vực được quy định theo chức năng. - Đào tạo nhân lực trình độ cao theo các chuyên ngành Viện được cấp phép và phù hợp với chức năng của Phòng. - Hợp tác trong nước và quốc tế theo các thoả thuận Viện đã ký kết. - Quản lý nhân lực, tài sản, vật tư theo các quy định hiện hành của Nhà nước và của Viện. - Thực hiện các nhiệm vụ khác do Viện trưởng giao. Hướng nghiên cứu chính: - Nghiên cứu phát triển các công nghệ chế tạo pin nhiên liệu màng trao đổi proton PEMFC. - Nghiên cứu phát triển các công nghệ chế tạo thiết bị điện phân nước sản xuất hydro xanh sử dụng màng điện ly rắn. - Nghiên cứu phát triển các vật liệu xúc tác tiên tiến hiệu quả xúc tác cao cho các phản ứng điện hóa trong các thiết bị pin nhiên liệu, điện phân nước và tích trữ năng lượng - Nghiên cứu và phát triển các vật liệu điện cực và công nghệ tiên tiến ứng dụng trong công nghệp điện hóa.

Trưởng phòng: GS.TS. Trần Đại Lâm

Thông tin liên hệ của Trưởng phòng: - Chức danh khoa học, tên đầy đủ: GS.TS. NCVCC. Trần Đại Lâm - Địa chỉ phòng làm việc: Phòng 326, Nhà A2 - Số điện thoại di động: 0835559888 - Email: lamtd@ims.(*) – (Chú ý thay (*) = vast.ac.vn)

DANH SÁCH TẤT CẢ THÀNH VIÊN PHÒNG

CÁC THÀNH TỰU CHÍNH

• Nghiên cứu phát triển pin nhiên liệu màng trao đổi proton PEMFC

Hiện nay, các nguồn nhiên liệu hóa thạch có trong tự nhiên trên thế giới như: dầu hỏa, than đá, khí ga tự nhiên,… ngày càng cạn kiệt, vì vậy việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới thay thế thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết tại nhiều nước trên thế giới. Trong các nguồn năng lượng mới có khả năng lựa chọn chẳng hạn như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng hạt nhân, địa năng lượng,…có một nguồn năng lượng hứa hẹn là pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC). PEMFC là một thiết bị chuyển đổi năng lượng hóa học thành điện năng sử dụng nguyên liệu đầu vào là hydro và oxy trong không khí được các nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cứu do nó có nhiều ưu điểm như: không gây ồn, linh hoạt, có hiệu suất chuyển hóa năng lượng khá cao (có thể lên tới trên 60 %), mật độ năng lượng và điện năng rất lớn, thời gian khởi động nhanh, làm việc tại nhiệt độ không cao (< 80oC), sử dụng nguồn năng lượng sạch nên không tạo ra các chất thải cho môi trường. Các PEMFC hứa hẹn là nguồn điện thay thế và áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống từ các thiết bị điện tử xách tay tới các trạm phát điện gia đình và trong giao thông vận tải,... Hơn thế nữa, hiện nay PEMFC được xem như là nguồn duy nhất có khả năng tích trữ điện trong thời gian dài. Trong nghiên cứu phát triển PEMFC, chúng tôi đã tập trung nghiên cứu phát triển các công nghệ về tổng hợp xúc tác, chế tạo điện cực màng MEA, tấm lưỡng cực và bộ ghép pin nhiên liệu. Một số kết quả đã đạt được như sau:

• Đã nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác Pt/C vật liệu xúc tác hợp kim Pt3M/C với M là các kim loại chuyển tiếp Co, Ni và Fe có hoạt tính cao cho phản ứng khử ôxy (ORR) trong PEMFC bằng phương pháp kết tủa hóa học. Vật liệu xúc tác chế tạo có hàm lượng kim loại đạt được đến 60%wt bằng phương pháp kết tủa hóa học và có hoạt tính và độ bền cao cho các phản ứng điện hóa trong PEMFC.

• Đã nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo điện cực màng MEA có tính năng cao cho pin nhiên liệu PEMFC với diện tích làm việc lên tới 100 -300 cm2.

• Cho đến nay, đã thiết kế và chế tạo một bộ ghép pin nhiên liệu 40 pin đơn và công suất lớn nhất của pin đạt được khoảng 1kW.

• Nghiên cứu công nghệ điện phân nước sản xuất hydro xanh

Trong lĩnh vực điện phân nước sản xuất hydro, các công nghệ lõi được tập trung phát triển bao gồm: chế tạo các vật liệu xúc tác có hoạt tính và độ bền cao cho các quá trình phản ứng thoát hydro và phản ứng thoát oxy; chế tạo các điện cực màng (MEA) có hiệu suất và độ bền cao; chế tạo thiết bị điện phân nước sản xuất hydro có hiệu suất cao và công suất đến 250L/h; công nghệ tích hợp sản xuất hydro xanh sử dụng năng lượng mặt trời.

Trong nghiên cứu phát triển các hệ vật liệu xúc tác tiên tiến cho các phản ứng điện phân thoát hydro và oxy, phòng đã đạt được một số kết quả nổi bật bao gồm:

- Đã nghiên cứu chế tạo bột xúc tác kim lọi quí trên cơ sở RuO2, IrO2 và IrxRu1-xO2 bằng phương pháp thủy phân có kích thước hạt 20-40nm, có diện tích bề mặt riêng lên đến 56 cm2/g, độ bền và độ hoạt hóa ứng dụng trong thiết bị PEMWE.

- Chế tạo vật liệu lai hóa MoS2-graphene, MoSe2-graphene ứng dụng làm vật liệu xúc tác cho phản ứng tách hydro trong cả môi trường axit và môi trường kiềm.

- Chế tạo vật liệu nhóm chalcogenide kim loại chuyển tiếp: VS2 cấu trúc nanoflower, SnS cấu trúc nanosheet ứng dụng làm vật liệu xúc tác trong cả phản ứng thoát oxy và hydro trong môi trường kiềm.

- Chế tạo vật liệu xúc tác oxides trên cơ sở kim loại chuyển tiếp (Co, Mn) dạng màng và dạng bột trong phản ứng thoát oxy trong môi trường kiềm.

Trong nghiên cứu phát triển Nghiên cứu phát triển bộ điện phân nước sử dụng màng trao đổi proton PEMWE, phòng đã đạt được một số kết quả nổi bật bao gồm:

- Đã xây dựng qui trình chế tạo điện cực màng MEA với diện tích làm việc lên tới 50 - 100cm2.

- Đã thiết kế và chế tạo một bộ điện phân ghép gồm 12 cell đơn diện tích làm việc 50cm2 và có công suất sản xuất hydro đạt 250L/h.

- Đã thử nghiệm vận hành tích hợp sản xuất hydro xanh sử dụng điện mạt trời và bộ điện phân PEMWE.

• Nghiên cứu bảo vệ chống ăn mòn cho công trình biển bằng anốt hy sinh và bằng dòng điện ngoài áp dụng

Phòng đã nghiên cứu phát triển công nghệ bảo vệ catốt chống ăn mòn kim loại cho các công trình biển: tàu biển, hệ thống ống dẫn và bồn chứa nhiên liệu, chân cầu cảng, chân đế giàn khoan dầu ngoài khơi,… sử dụng anốt hy sinh và sử dụng dòng điện ngoài. Cho tới nay, các vật liệu anốt hy sinh đã được phòng phát triển thành các sản phẩm thương hiệu có chất lượng tốt đạt tiêu chuẩn chất lượng của Việt Nam và quốc tế. Hàng năm, doanh số hợp đồng sản xuất anốt đạt trung bình khoảng 3-5 tỷ đồng và đã cung cấp được cho gần 100 công ty khách hàng thường xuyên. Phương pháp bảo vệ catốt bằng dòng điện ngoài sử dụng các anốt trơ MMO có độ bền lên tới 20 năm cũng đã được nghiên cứu áp dụng bảo vệ cho các tàu biển và ống dẫn xăng dầu. Một hệ thống bảo vệ chống ăn mòn như vậy đã được thiết kế, lắp đặt và vận hành cho tầu chở hàng Minh Phú 99 tải trọng 6000 tấn. Hệ thống vận hành gồm 4 điện cực anốt trơ, hai điện cực so sánh Zn và một nguồn điện một chiều điều khiển tự động. Hệ thống tự động bao gồm một nguồn điện một chiều 25A - 25V, các khối điều khiển ổn định giá trị điện thế bảo vệ, các khối hiển thị thông số điện và khối lưu trữ số liệu tự động có kết nối máy tính. Giá trị điện thế của vỏ tàu đo được sau bảo vệ đạt trung bình khoảng -970mV (Ag/AgCl) và đã đạt tiêu chuẩn TCVN 6051:1995 cho hệ thống bảo vệ catốt chống ăn mòn.  

Hình 1. Một số hình ảnh kết quả nghiên cứu pin nhiên liệu màng trao đổi proton PEMFC.

Hình 2. Hệ thống bảo vệ catốt cho các hệ thống đường ống và bể chứa của Công ty Dầu khí tại Vũng Tàu.

CÁC CÔNG BỐ TIÊU BIỂU

1.     [Efficient Synthesis and Enhanced Electrochemical Performance of MnCoO Catalysts for Oxygen Evolution Reaction. Hoa Thi Bui *· Pham Hong Hanh · Nguyen Duc Lam · Do Chi Linh· Ngo Thi Anh Tuyet · Nguyen Hoang Tung ·Vu Thi Kim Oanh· Tuan Anh Pham · Jae‑Yup Kim · Pham Thy San,  J. Electron. Mater. 53, 53–64 (2024) (IF=2,2)

2.     “Investigating the Influence of Vinylene Carbonate Concentrations on Battery Stability: Role of Electrode/Electrolyte Interfaces”.Hyungil Jang*, Hoa Thi Bui *, Joonghee Han , MyungMo Sung , Vishnu V. Kutwade, Ketan P. Gattu , Mahesh Sharma , Sung-Hwan Han *, and Ramphal Sharma* J Solid State Electrochem 27, 3513–3523  (IF=2,6)

3.     MoSSe-graphene based sandwiched nanolayer hybrid as high-performance lithium sulfur-selenium (LiSSe) battery cathodes. Hoa Thi Bui, Nguyen Thanh Tung, Do Chi Linh, Nguyen Hoang Tung, Jae-Yup Kim, HyungIl Chang, SungHwan Han, Supriya A.Patil , Hyunsik Im, NabeenK. Shrestha.Inorganic Chemistry Communications, 167, 2024, 112759. (IF=4,4).

4.     Unlocking the catalytic potential of nickel sulfide for sugar electrolysis: green hydrogen generation from kitchen feedstock”Supriya A. Patil,    Atul C. Khot,  Kalyani D. Kadam,    Hoa Thi Bui,  Hyunsik Im  and  Nabeen K. Shrestha  Inorg. Chem. Front., 2023,10, 7204-7211.(IF=6,1)

5.     Electrolyte and interfacial engineering for self-formation of In₂S₃/In₂O₃ heterojunction with an enhanced photoelectrochemical activity. Supriya A. Patil, Hoa Thi Bui, Akbar I. Inamdar, Hyunsik Im, Nabeen K. Shrestha Ceramics International, Volume 50, Issue 21, Part B, 1 November 2024, Pages 42169-42175 (IF = 5,1)

6.       Hoa Thi Bui*, Nguyen Duc Lam, Do Chi Linh, Nguyen Thi Mai, HyungIl Chang, Sung-Hwan Han, Vu Thi Kim Oanh, Anh Tuan Pham, Supriya A Patil, Nguyen Thanh Tung, Nabeen K Shrestha, “Escalating Catalytic Activity for Hydrogen Evolution Reaction on MoSe2@Graphene Functionalization” Nanomaterials 2023, 13(14), 2139. (IF=5.3, Q1).

7.       Hong Hanh Pham, Do Chi Linh, Tuyet Thi Anh Ngo, Vu Thi Kim Oanh, Bui Xuan Khuyen, Supriya A. Patil, Nhu Hoa Thi Tran, Sungkyun Park, Hyunsik Im, Hoa Thi Bui*, Nabeen K. Shrestha “1-D array of porous Mn0.21Co2.79O4 nanoneedles with an enhanced electrocatalytic activity toward oxygen evolution reaction “ Dalton Trans., 2023,52, 12185-12193. (IF=4.0, Q1)

8.       Thi Quynh Hoa Kieu , Thi Yen Nguyen and Chi Linh Do” Effect of Different Catholytes on the Removal of Sulfate/Sulfide and Electricity Generation in Sulfide-Oxidizing Fuel Cell.”Molecules 2023, 28(17), 6309; (IF=4.6, Q1).

9.       Thi Quynh Hoa Kieu , Thi Yen Nguyen and Chi Linh Do” Treatment of Organic and Sulfate/Sulfide Contaminated Wastewater and Bioelectricity Generation by Sulfate-Reducing Bioreactor Coupling with Sulfide-Oxidizing Fuel Cell” Molecules 2023, 28(17), 6197. (IF=4.6, Q1).

10.   Hoa Thi Bui*, Hyungil Jang, Joonghee Han, Tjahjono Juan Markus, MyungMo Sung, Vishnu V Kutwade, Supriya A Patil, Nabeen K Shrestha, Ramphal Sharma, Sung-Hwan Han “Engineering of Li2SxSey cathode by reduction of multilayered graphene-embedded 2D MoSSe structure for high-performance lithium sulfur‑selenium hybrid battery”Journal of Energy Storage, Volume 72, Part A, 15 November 2023, 108295 (IF=9.3, Q1).

TRANG THIẾT BỊ CHÍNH