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

vcca2026
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/6/2026: Tuổi Thìn đón vận may sự nghiệp, tuổi Dần cần thận trọng trong quyết định tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/6/2026: Tuổi Thìn đón vận may sự nghiệp, tuổi Dần cần thận trọng trong quyết định tài chính

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 21/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
25 năm nhìn lại qua những khuôn hình

25 năm nhìn lại qua những khuôn hình

25 năm đối với một tạp chí khoa học công nghệ là cả một hành trình bền bỉ vun đắp tri thức, kết nối cộng đồng và đồng hành cùng sự phát triển của đất nước.
VCCA 2026: Hơn 90% công tác chuẩn bị đã hoàn tất, sẵn sàng cho ngày hội lớn của ngành Tự động hóa

VCCA 2026: Hơn 90% công tác chuẩn bị đã hoàn tất, sẵn sàng cho ngày hội lớn của ngành Tự động hóa

Không chỉ là diễn đàn học thuật của các nhà khoa học, VCCA 2026 còn hướng tới mục tiêu kết nối các nhà khoa học với doanh nghiệp và địa phương nhằm tìm lời giải cho những bài toán thực tiễn về tự động hóa, chuyển đổi số và sản xuất thông minh. Công tác chuẩn bị cho sự kiện hiện đã bước vào giai đoạn hoàn thiện cuối cùng.
Phát động AI Thực chiến 2026 với giải thưởng một tỷ đồng và học bổng 1 triệu USD

Phát động AI Thực chiến 2026 với giải thưởng một tỷ đồng và học bổng 1 triệu USD

Cuộc thi "AI Thực chiến 2026" chính thức được phát động ngày 19/6 tại Hà Nội. Chương trình do Đài Truyền hình Việt Nam (VTV) phối hợp cùng Trung tâm Dữ liệu Quốc gia (NDC), Hiệp hội Dữ liệu Quốc gia (NDA) và Ngân hàng TMCP Kỹ Thương Việt Nam (Techcombank) tổ chức. Mục tiêu chương trình hướng tới tìm kiếm, đào tạo nhân tài trí tuệ nhân tạo (AI), đồng thời xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo dựa trên dữ liệu và công nghệ AI tại Việt Nam.
25 năm Tự động hóa Ngày nay: đồng hành cùng khoa học công nghệ nước nhà

25 năm Tự động hóa Ngày nay: đồng hành cùng khoa học công nghệ nước nhà

Năm 2026 đánh dấu tròn 25 năm kể từ ngày số đầu tiên của Tạp chí Tự động hóa Ngày nay (TĐHNN) ra mắt bạn đọc. Một phần tư thế kỷ không chỉ là cột mốc thời gian đáng tự hào đối với một cơ quan báo chí chuyên ngành khoa học công nghệ, mà còn là hành trình bền bỉ kết nối tri thức, đồng hành cùng cộng đồng khoa học, doanh nghiệp và sự phát triển của ngành tự động hóa Việt Nam.
Mùa vải Thanh Hà 2026: Mất mùa “đậm” liệu có mất chất?

Mùa vải Thanh Hà 2026: Mất mùa “đậm” liệu có mất chất?

Vùng trồng vải tại xã Thanh Hà (Hải Phòng) đang bước vào vụ thu hoạch trong bối cảnh sản lượng sụt giảm do thời tiết bất lợi. Tuy nhiên, trái với nỗi lo mất mùa, chất lượng quả vải vẫn giữ vững phong độ. Nguồn cung vải thiều khan hiếm, giá thu mua có xu hướng tăng mạnh, hứa hẹn một vụ mùa “được giá” cho bà con nông dân.
Thị trường chứng khoán ngày 19/6: Trạng thái thận trọng quay trở lại

Thị trường chứng khoán ngày 19/6: Trạng thái thận trọng quay trở lại

Dù khởi đầu trong sắc xanh nhưng chỉ số nhanh chóng suy yếu khi áp lực bán lan rộng. Kết phiên, VN Index giảm gần 6 điểm, độ rộng nghiêng mạnh về bên bán, trong khi thanh khoản duy trì ở mức thấp cho thấy nhà đầu tư vẫn chưa sẵn sàng quay lại mạnh mẽ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/6/2026: Tuổi Mão tài lộc hanh thông, tuổi Tuất đề phòng tiểu nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/6/2026: Tuổi Mão tài lộc hanh thông, tuổi Tuất đề phòng tiểu nhân

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 20/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Công nghệ cao và STEM trở thành điểm nhấn trong chiến lược phát triển TP. Hồ Chí Minh

Công nghệ cao và STEM trở thành điểm nhấn trong chiến lược phát triển TP. Hồ Chí Minh

Tại buổi họp báo cung cấp thông tin về các vấn đề kinh tế - xã hội trên địa bàn TP. Hồ Chí Minh ngày 18/6, nhiều nội dung quan trọng liên quan đến phát triển hạ tầng, thu hút đầu tư công nghệ cao, chuyển đổi xanh và các hoạt động thúc đẩy đổi mới sáng tạo cho thế hệ trẻ đã được các sở, ngành, đơn vị chức năng thông tin tới báo chí.
22 năm cho một diễn đàn học thuật mang tên MCA

22 năm cho một diễn đàn học thuật mang tên MCA

Ngày nay, Quý độc giả và các nhà khoa học được biết đến một ấn phẩm học thuật uy tín của Hội Tự động hóa Việt Nam là Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa (MCA). Nhưng có lẽ không nhiều người biết rằng để có ngày hôm nay, MCA đã có một hành trình có thể nói là không chịu “bỏ cuộc”, kể từ năm 2004 đến nay.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc