acecook

Sản xuất nhiên liệu hydro giá rẻ cho các thiết bị điện phân PEM thương mại

Công nghiệp năng lượng
01/05/2025 06:06
Nghiên cứu này đề xuất một hướng sản xuất tái tạo bề mặt nhằm chế tạo catot, không phải kim loại quý, bảo vệ kim loại bền bỉ và tiết kiệm chi phí cho các thiết bị điện phân PEM thương mại.
aa
Máy tạo hydro lớn nhất Tây Ban Nha có thể hoạt động bằng năng lượng tái tạo Xe lửa thế hệ mới: Kết hợp hydrogen và pin để vận hành không khí thải Đan Mạch hướng tới mục tiêu “mọi ổ cắm phải xanh”

Các nhà khoa học từ Đại học Tohoku đã chứng minh rằng, một chiến lược tái tạo bề mặt có thể cho phép sản xuất nhiên liệu hydro giá cả phải chăng. Nhiên liệu hydro được tạo ra bằng cách sử dụng phản ứng tiến hóa hydro (HER). Tuy nhiên, việc mở rộng quy trình từ phòng thí nghiệm thành sản xuất thương mại quy mô lớn là một thách thức.

Họ tuyên bố, điều này có thể mở đường cho thiết kế hợp lý của các catot không phải kim loại quý hoàn toàn mới, hiệu suất cao cho ứng dụng PEM thương mại, thu hẹp khoảng cách từ phòng thí nghiệm đến nhà máy.

Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh, chúng có thể duy trì hiệu suất trong hơn 300 giờ và được tính toán là có chi phí rất gần với mục tiêu sản xuất H2 năm 2026 của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (2,00 đô la cho mỗi kgH2-1).

Được công bố trên Advanced Energy Materials, nghiên cứu cho thấy, việc tạo ra hydro thông qua bộ điện phân màng trao đổi proton (PEM) thể hiện đỉnh cao của các nghiên cứu cơ bản và thực tế về công nghệ chuyển điện thành nhiên liệu hydro. Tuy nhiên, trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, đặc biệt là giao diện chất điện phân, chất xúc tác có tính axit khử mạnh, sẽ khiến catot không phù hợp với bộ điện phân PEM.

Sản xuất nhiên liệu hydro giá rẻ, mở rộng quy mô với chiến lược tái tạo bề mặt
Các nhà nghiên cứu tiếp cận để cải thiện HER (Ảnh minh họa - Interesting Engineering)

Cải thiện hiệu suất phản ứng giải phóng hydro

Góc độ nghiên cứu tiếp cận để cải thiện HER, vốn có xu hướng kém hiệu quả và chậm vì bản chất là photphua kim loại chuyển tiếp (TMP). Chất xúc tác cải thiện hiệu quả của HER là một kim loại thường, nhưng có độ bền và tiết kiệm chi phí. Các nhà nghiên cứu nhận ra, có một khoảng cách kiến ​​thức về các kim loại không quý cần được lấp đầy, thay vì thói quen sử dụng kim loại quý thông thường.

“Trong một ứng dụng mở rộng của CoP biến đổi F (CoPF), catot được phát huy hiệu quả từ thiết lập ba điện cực, ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ 0,2 cm2 đến một máy điện phân PEM thương mại 38 cm2. Phổ hấp thụ tia X operando (XAS) và kết quả Raman xác nhận rằng, biến đổi F có thể thúc đẩy sự phá vỡ các liên kết CoP, được tái tạo thành Co kim loại vô định hình như các vị trí hoạt động HER thực sự”, một người trong nhóm nghiên cứu cho biết.

Bên cạnh đó, các tính toán của lý thuyết hàm mật độ (DFT) cho thấy, sự hiện diện của F trong mạng CoP1-x sẽ dẫn đến sự hình thành dễ dàng hơn của chỗ trống P trong điều kiện HER. Các nhà khoa học nhấn mạnh, họ đã chuẩn bị CoP đã sửa đổi F và kiểm tra các khía cạnh như tái tạo bề mặt và các vị trí hoạt động thực sự của nó bằng cách sử dụng phép đo phổ hấp thụ tia X operando (XAS) và phép đo Raman. Về cơ bản, việc thêm F vào mạng CoP1-x cho phép các vị trí chỗ trống P hình thành trên bề mặt, dẫn đến nhiều vị trí hoạt động hơn có thể tăng tốc HER.

Máy điện phân PEM quy mô thương mại

Ông Heng Liu từ Viện nghiên cứu vật liệu tiên tiến cho biết, loại Co tái tạo này có hoạt tính cao, hoạt động trong điều kiện axit và có thể duy trì khoảng 76W.

“Chúng tôi đang tiến gần đến một phương pháp sản xuất nhiên liệu giá thành rẻ. Chi phí tính toán khi sử dụng phương pháp này là 2,17 đô la cho mỗi kgH2-1, chỉ cao hơn 17 xu so với mục tiêu sản xuất hiện tại được đặt ra cho năm 2026”, ông Liu cho biết thêm.

Khi catot CoP biến đổi F trải qua quá trình tái tạo bề mặt, hoạt động của nó đã được cải thiện. Thí nghiệm mở rộng phát hiện sang các máy điện phân PEM quy mô thương mại. Đây là những tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu chất xúc tác HER, có thể là cơ sở cho thiết kế hợp lý của các catot khác không phải kim loại quý.

“Chúng tôi luôn nghĩ về mục tiêu cuối cùng, đó là đưa nghiên cứu vào cuộc sống hàng ngày. Sự tiến bộ này đưa chúng tôi tiến gần hơn một bước đến việc thiết kế các lựa chọn thực tế hơn cho ứng dụng PEM thương mại”, ông Liu nói thêm.

Những phát hiện của nghiên cứu gợi ý một con đường tái tạo bề mặt để chế tạo catot dựa trên kim loại không phải kim loại quý tiết kiệm chi phí và bền bỉ cho các thiết bị điện phân PEM thương mại.

Theo Interesting Engineering

nam-moi
Tin bài khác
Toyota Canada triển khai robot hình người Digit tại nhà máy Ontario

Toyota Canada triển khai robot hình người Digit tại nhà máy Ontario

Toyota Motor Manufacturing Canada (TMMC) xác nhận sẽ triển khai robot hình người Digit của Agility Robotics tại nhà máy lắp ráp ở Woodstock, Ontario, cách Toronto khoảng 80 dặm về phía tây nam.
Tết làng - Nét văn hóa đặc sắc của người Dao Thanh Phán

Tết làng - Nét văn hóa đặc sắc của người Dao Thanh Phán

Khởi sinh từ ký ức, từ niềm tin và sự sum vầy, với người Dao Thanh Phán ở khu Đèo Đọc, phường Hoành Bồ (tỉnh Quảng Ninh), Tết làng chính là mùa xuân về sớm nhất trong năm - mùa xuân của cộng đồng, của nguồn cội và của mạch văn hóa được gìn giữ qua bao thế hệ.
Chiến mã trên bốn bánh: Quyền lực và biểu tượng trong thế giới siêu xe

Chiến mã trên bốn bánh: Quyền lực và biểu tượng trong thế giới siêu xe

Từ chiến trường châu Âu đến những đại lộ nước Mỹ, hình tượng loài ngựa đã vượt khỏi vai trò phương tiện cổ xưa để trở thành biểu tượng cảm xúc của ngành công nghiệp ô tô. Trên logo, tên gọi và triết lý thiết kế của nhiều thương hiệu danh tiếng, “mã lực” không chỉ là thông số kỹ thuật mà còn là câu chuyện về tốc độ, tự do và khát vọng chinh phục.
Tục thờ chó đá Ma-hin của người Tày

Tục thờ chó đá Ma-hin của người Tày

Tục thờ chó đá Ma-hin là một nét tín ngưỡng độc đáo của người Tày, thể hiện quan niệm vạn vật hữu linh và khát vọng được che chở, bảo vệ. Qua nhiều thế hệ, linh thú trước cửa mỗi gia đình không chỉ mang ý nghĩa tâm linh mà còn trở thành biểu tượng văn hóa bền bỉ của cộng đồng.
Mở rộng hợp tác công nghệ Việt Nam - Hoa Kỳ

Mở rộng hợp tác công nghệ Việt Nam - Hoa Kỳ

Nhân dịp tham gia đoàn công tác của Tổng Bí thư Tô Lâm tham dự cuộc họp khai mạc Hội đồng Hòa bình về Gaza, trong 2 ngày 19 và 20/2 (giờ địa phương) tại thủ đô Washington, D.C. của Hoa Kỳ, Ủy viên Bộ Chính trị, Phó Trưởng Ban chỉ đạo Trung ương về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số, Bí thư Thành ủy Hà Nội Nguyễn Duy Ngọc đã chủ trì các cuộc làm việc với Tập đoàn Rosen Partners, Đại học Bang Arizona (ASU), Tập đoàn Meta và Hiệp hội công nghiệp bán dẫn Hoa Kỳ (SIA).
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/2/2026: Tuổi Tuất nguy cơ sa sút, tuổi Dần thuận lợi hơn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/2/2026: Tuổi Tuất nguy cơ sa sút, tuổi Dần thuận lợi hơn

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 22/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Schneider Electric tuyên bố bước tiến mới trong tự động hóa công nghiệp

Schneider Electric tuyên bố bước tiến mới trong tự động hóa công nghiệp

Tập đoàn công nghệ toàn cầu Schneider Electric vừa ra mắt hệ thống điều khiển phân tán định nghĩa bằng phần mềm (software-defined distributed control system) mà hãng cho là đầu tiên trong ngành, tiếp tục mở rộng danh mục giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả vận hành.
Các giải pháp công nghệ thúc đẩy Việt Nam trở thành quốc gia của số hóa và trung tâm dữ liệu xanh

Các giải pháp công nghệ thúc đẩy Việt Nam trở thành quốc gia của số hóa và trung tâm dữ liệu xanh

Số hóa và dữ liệu xanh là hai yếu tố quan trọng trong hành trình số hóa quốc gia, tiến tới hội nhập toàn cầu. Tuy nhiên, việc triển khai số hóa và Trung tâm dữ liệu xanh vẫn còn nhiều thách thức đối với các doanh nghiệp. Schneider Electric với vai trò là đối tác công nghệ năng lượng hàng đầu toàn cầu đã có nhiều sáng kiến và định hướng quan trọng để thúc đẩy số hóa và trung tâm dữ liệu xanh ở Việt Nam.
Infinix Note 60 Pro lộ diện: Thiết kế gợi nhớ iPhone 17 Pro

Infinix Note 60 Pro lộ diện: Thiết kế gợi nhớ iPhone 17 Pro

Những hình ảnh hé lộ đầu tiên cho thấy Infinix Note 60 Pro sở hữu thiết kế giao thoa táo bạo giữa cụm camera phong cách iPhone 17 Pro Max và màn hình ma trận gợi nhắc Nothing Phone (3). Kết hợp cùng cấu hình mạnh mẽ và loạt công nghệ mới, mẫu máy được kỳ vọng sẽ khuấy động phân khúc tầm trung khi ra mắt tại MWC 2026.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/2/2026: Tuổi Tuất tiêu cực về tình cảm, tuổi Tý dễ vướng tranh chấp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/2/2026: Tuổi Tuất tiêu cực về tình cảm, tuổi Tý dễ vướng tranh chấp

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 21/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri