Tiềm năng của vật liệu hai chiều trong lưu trữ hydro: Việt Nam công bố kết quả nghiên cứu ứng dụng cho pin nhiên liệu
TP. Hồ Chí Minh, ngày 16/7/2025 – Tại Hội thảo Hydrogen Việt Nam – Hàn Quốc do Câu lạc bộ Hydrogen Việt Nam ASEAN phối hợp Đại học Tài nguyên và Môi trường TP Hồ Chí Minh và Hiệp hội Công nghiệp Pin nhiên liêu hydro Hàn Quốc tổ chức, PGS.TS. Trần Thị Thu Hạnh – giảng viên Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP.HCM – đã trình bày kết quả nghiên cứu chuyên sâu về khả năng lưu trữ hydro trên các vật liệu hai chiều (2D materials), với định hướng ứng dụng cho công nghệ pin nhiên liệu và hệ thống lưu trữ năng lượng thế hệ mới.
Trong bối cảnh nhu cầu chuyển dịch năng lượng ngày càng cấp thiết, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển, nghiên cứu này đóng vai trò quan trọng trong việc tìm kiếm vật liệu lưu trữ hydrogen hiệu quả, bền vững và có khả năng tích hợp cao với các thiết bị năng lượng sạch.
Vật liệu hai chiều: nền tảng mới cho công nghệ năng lượng
PGS.TS. Hạnh mở đầu bài trình bày bằng việc nhấn mạnh vai trò đột phá của các vật liệu hai chiều kể từ khi graphene được phát hiện vào năm 2004. Không chỉ giới hạn trong graphene, các vật liệu như silicene, germanene, và hợp chất hai nguyên tử như silicon carbide (SiC) cũng đang nổi lên nhờ đặc tính điện tử và cấu trúc mạng tổ ong độc đáo.
Với mục tiêu đánh giá khả năng hấp phụ và lưu trữ hydro, nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích cấu trúc tinh thể, tương tác nguyên tử và đặc tính điện tử của các vật liệu hai chiều này thông qua phương pháp tính toán lý thuyết hiện đại.
Phương pháp mô phỏng tiên tiến và kết quả nổi bật
Nghiên cứu sử dụng kết hợp hai phương pháp: mô phỏng động học phân tử (Molecular Dynamics – MD) và lý thuyết hàm mật độ (Density Functional Theory – DFT). Các phương pháp này cho phép xác định chính xác vị trí hấp phụ ưu tiên, năng lượng liên kết giữa nguyên tử hydro và bề mặt vật liệu, cũng như sự thay đổi của cấu trúc tinh thể khi hydrogen được hấp phụ.
Một số điểm nổi bật trong kết quả nghiên cứu bao gồm:
-
Trên bề mặt của SiC và germanene, hydro có xu hướng hấp phụ mạnh tại các vị trí khuyết tật (divacancy, Stone-Wales defects) hoặc tại các điểm đỉnh của nguyên tử.
-
Cấu hình hấp phụ kiểu “chair-like” được xác định là ổn định nhất về mặt năng lượng, phù hợp với lưu trữ hydro lâu dài.
-
Tỷ lệ hấp phụ tối ưu đạt đến mức 1:1, tức mỗi nguyên tử bề mặt có thể hấp phụ một nguyên tử hydro – một thông số lý tưởng cho ứng dụng lưu trữ.
-
Việc hydrogen hóa bề mặt vật liệu dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong tính chất điện tử, đặc biệt là mở rộng khe năng lượng (band gap) – điều có thể hỗ trợ tích hợp vật liệu vào các thiết bị điện tử và cảm biến.
Khả năng ứng dụng trong thực tiễn
Theo PGS.TS. Hạnh, các kết quả thu được không chỉ mang giá trị học thuật mà còn có tính ứng dụng cao. Vật liệu hai chiều với khả năng lưu trữ hydro hiệu quả có thể được sử dụng làm màng hấp phụ trong bình chứa hydro, hoặc làm lớp trung gian trong các tế bào pin nhiên liệu. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng di động như xe chạy bằng hydrogen, thiết bị điện tử không dây hoặc lưu trữ năng lượng phân tán.
Một hướng nghiên cứu tiềm năng khác là phát triển các cấu trúc hai lớp xoắn (twisted bilayers) với các góc lệch đặc biệt, nhằm tối ưu hóa các đặc tính điện tử và cơ học, đồng thời gia tăng mật độ lưu trữ hydro.
Đóng góp từ Việt Nam cho khoa học vật liệu và năng lượng tái tạo
Nghiên cứu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Mô phỏng Tính toán – Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM, với sự hỗ trợ tài chính từ chương trình nghiên cứu trọng điểm của Đại học Quốc gia. Bài trình bày của PGS.TS. Hạnh nhận được sự quan tâm đặc biệt từ các nhà nghiên cứu Hàn Quốc, mở ra triển vọng hợp tác song phương trong lĩnh vực vật liệu tiên tiến và pin nhiên liệu.
Hội thảo Hydrogen Việt Nam – Hàn Quốc 2025 là dịp để các chuyên gia hai nước chia sẻ tầm nhìn, kết nối các kết quả nghiên cứu với nhu cầu chuyển giao công nghệ và phát triển thị trường hydrogen. Phần trình bày của PGS.TS. Hạnh đã góp phần khẳng định năng lực nghiên cứu nội địa của Việt Nam trong một lĩnh vực công nghệ chiến lược của thế kỷ 21 – lưu trữ năng lượng sạch và bền vững.
