Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bách khoa liên bang Thụy Sỹ (EPFL) và Đại học Kyoto đã tạo ra một chất lỏng ổn định giàu hydro bằng cách trộn hai hóa chất đơn giản. Bước đột phá này có thể giúp lưu trữ hydro dễ dàng, an toàn và hiệu quả hơn ở nhiệt độ phòng.

Hydro, nhiên liệu sạch của tương lai, nhưng đưa nhiên liệu này từ phòng thí nghiệm vào sử dụng trong cuộc sống hàng ngày không hề đơn giản. Hầu hết các vật liệu giàu hydro đều ở dạng rắn trong điều kiện nhiệt độ phòng hoặc chúng chỉ trở thành chất lỏng trong điều kiện khắc nghiệt như áp suất cao hoặc nhiệt độ đóng băng. Ngay cả các vật liệu như amoniac boran, hợp chất rắn giàu hydro có thể tích trữ nhiều hydro, cũng gặp khó khăn vì chúng chỉ giải phóng hydro khi được đun nóng và thường tạo ra các sản phẩm phụ ngoài mong đợi.

Việc tạo ra một chất lỏng giàu hydro ổn định ở nhiệt độ bình thường có thể giúp việc lưu trữ và vận chuyển hydro dễ hơn nhiều. Trên thực tế, các nhà khoa học đã nỗ lực cải thiện lưu trữ hydro bằng cách thay đổi thành phần hóa học của các vật liệu hiện có hoặc bổ sung các chất hỗ trợ giải phóng hydro dễ dàng hơn.

Dung môi eutectic sâu (DES), là hỗn hợp nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn so với các thành phần của chúng, rất triển vọng. DES cần thiết để lưu trữ hydro vì có thể biến các vật liệu rắn giàu hydro thành chất lỏng dễ xử lý ở nhiệt độ thấp hơn nhiều. Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có DES nào trong số này sử dụng các thành phần hydride, đặc biệt giàu hydro và có thể mở ra những cách mới để lưu trữ nhiều hydro dạng lỏng hơn.

Các nhà khoa học tại Đại học Kyoto đã phát triển mẫu vật liệu DES đầu tiên dựa trên hydride: một chất lỏng giàu hydro trong suốt, ổn định và duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng. DES mới chứa đến 6,9% hydro tính theo trọng lượng, vượt qua một số mục tiêu kỹ thuật về lưu trữ hydro, bao gồm cả những mục tiêu do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đặt ra cho năm 2025.

Để tạo ra DES mới, các nhà nghiên cứu đã trộn amoniac borane và tetrabutylammonium borohydride với tỷ lệ khác nhau để xác định hỗn hợp có thể duy trì trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng. Tỷ lệ phù hợp (từ 50% đến 80% amoniac borane) đã tạo ra một chất lỏng ổn định, duy trì trạng thái vô định hình, nghĩa là nó không hình thành tinh thể trở lại ngay cả trong điều kiện nhiệt độ lạnh.

Thông qua sử dụng phương pháp quang phổ, nhóm nghiên cứu nhận thấy các phân tử đã hình thành liên kết hydro mạnh, phá vỡ cấu trúc rắn thông thường và giữ hỗn hợp ở trạng thái lỏng trong điều kiện nhiệt độ dưới -50°C. Theo các kết quả thử nghiệm, chất lỏng mới có thể giải phóng hydro khi được đun nóng đến nhiệt độ chỉ 60°C, thấp hơn nhiều so với hầu hết các chất rắn giàu hydro. Điều này có nghĩa là hydro có thể được tiếp cận dễ dàng và hiệu quả hơn, giúp việc lưu trữ và sử dụng trở nên thiết thực hơn nhiều cho các ứng dụng thực tế.

Trộn amoniac borane với tetrabutylammonium borohydride tạo ra một chất lỏng mới giàu hydro, không kết tinh trong điều kiện bình thường. Quá trình chuyển đổi thủy tinh, tức là khi chất lỏng chuyển sang dạng thủy tinh, xảy ra ở mức nhiệt -50°C, thấp hơn nhiều so với điều kiện hàng ngày của chúng ta.

Hỗn hợp này ổn định trong nhiều tuần nếu được lưu giữ khô và mật độ hỗn hợp thấp nhất so với các chất lỏng tương tự. Khi được đun nóng, nó giải phóng khí hydro nguyên chất ở nhiệt độ tương đối thấp mà sinh ra nhiều tạp chất. Chỉ có phần amoniac borane bị phân hủy trước, nghĩa là một phần hỗn hợp có thể được tái sử dụng.

Hệ thống DES mới giúp việc lưu trữ và vận chuyển hydro đơn giản và an toàn hơn nhiều. Thay vì dựa vào các bình chứa áp suất cao hoặc chất lỏng siêu lạnh, các ngành công nghiệp có thể sử dụng các chất vận chuyển hydro ổn định, dễ xử lý ở nhiệt độ phòng.

Ngoài lưu trữ hydro, hệ thống DES có thể cho ra đời các chất lỏng được điều chỉnh cho mục đích sử dụng đa dạng như sản xuất hóa chất hoặc năng lượng xanh. Phát hiện nghiên cứu mở ra những hướng đi mới cho cả nghiên cứu hydro và công nghệ năng lượng thực tế.

N.P.D (NASTIS), theo Techxplore, 7/2025