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
Nâng cao hiệu quả ứng dụng robot SCARA trong hệ thống xét nghiệm máu tự động thông qua kỹ thuật ly tâm và xử lý ảnh

Nâng cao hiệu quả ứng dụng robot SCARA trong hệ thống xét nghiệm máu tự động thông qua kỹ thuật ly tâm và xử lý ảnh

Nghiên cứu đề xuất hệ thống tự động hóa công đoạn ly tâm máu trong quy trình xét nghiệm máu ứng dụng cho lĩnh vực kỹ thuật y sinh.
Tuần phim kỷ niệm 27/7: Hàng trăm rạp trên cả nước mở suất chiếu miễn phí

Tuần phim kỷ niệm 27/7: Hàng trăm rạp trên cả nước mở suất chiếu miễn phí

Nhân kỷ niệm 79 năm Ngày Thương binh - Liệt sĩ, Tuần phim đặc biệt sẽ được tổ chức trên toàn quốc từ ngày 21 đến 28/7/2026, với sự tham gia của 190 cụm rạp. Không chỉ cựu chiến binh, người có công và gia đình chính sách, đông đảo người dân cũng có cơ hội thưởng thức các tác phẩm điện ảnh cách mạng hoàn toàn miễn phí.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/7: Hạn chế mở vị thế mua mới, tránh bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/7: Hạn chế mở vị thế mua mới, tránh bắt đáy

Sau nhịp hồi phục ngắn trong phiên trước, thị trường chứng khoán bất ngờ quay đầu giảm mạnh trong ngày 15/7 khi tâm lý nhà đầu tư trở nên thận trọng trước các thông tin quốc tế kém tích cực. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư hạn chế mở vị thế mua mới, tránh bắt đáy và chờ thị trường kiểm định vùng hỗ trợ mạnh.
Ra mắt Chi hội Tự động hóa Gia Lai

Ra mắt Chi hội Tự động hóa Gia Lai

Chiều 15/7, Đại hội lần thứ nhất Chi hội Tự động hóa Gia Lai đã diễn ra thành công tại Trường Đại học Quy Nhơn. Chi hội chính thức ra mắt hướng tới trở thành cầu nối giữa các nhà khoa học, doanh nghiệp, cơ sở đào tạo và cơ quan quản lý, góp phần thúc đẩy nghiên cứu, ứng dụng và chuyển giao công nghệ tự động hóa tại khu vực Nam Trung Bộ và Tây Nguyên.
Thị trường chứng khoán ngày 15/7: Sắc đỏ “nhấn chìm” bảng điện tử, VN Index thủng mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 15/7: Sắc đỏ “nhấn chìm” bảng điện tử, VN Index thủng mốc 1.800 điểm

Sau một phiên hồi phục kỹ thuật, thị trường nhanh chóng quay lại xu hướng điều chỉnh khi lực bán lan rộng trên hầu hết các nhóm cổ phiếu. VN Index mất hơn 24 điểm và đánh rơi mốc 1.800 điểm trong bối cảnh thanh khoản tiếp tục duy trì ở mức thấp, phản ánh tâm lý thận trọng của dòng tiền.
Trường Đại học Quy Nhơn công bố điểm sàn từ 15 đến 20

Trường Đại học Quy Nhơn công bố điểm sàn từ 15 đến 20

Trường Đại học Quy Nhơn vừa công bố ngưỡng bảo đảm chất lượng đầu vào (điểm sàn) năm 2026 đối với các phương thức tuyển sinh đại học chính quy. Theo đó, mức điểm nhận hồ sơ xét tuyển bằng kết quả thi tốt nghiệp THPT dao động từ 15 đến 20 điểm, tùy từng nhóm ngành.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/7/2026: Tuổi Ngọ công danh rộng mở, tuổi Mão đề phòng hiểu lầm trong giao tiếp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/7/2026: Tuổi Ngọ công danh rộng mở, tuổi Mão đề phòng hiểu lầm trong giao tiếp

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 16/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Đăng cai VCCA 2026: Trường Đại học Quy Nhơn khẳng định vai trò trung tâm kết nối đổi mới sáng tạo

Đăng cai VCCA 2026: Trường Đại học Quy Nhơn khẳng định vai trò trung tâm kết nối đổi mới sáng tạo

Việc đăng cai Hội nghị khoa học và Triển lãm quốc tế lần thứ 8 về Điều khiển và Tự động hóa (VCCA 2026) không chỉ khẳng định vị thế của Trường Đại học Quy Nhơn trong hệ thống giáo dục đại học mà còn mở ra cơ hội thúc đẩy hợp tác giữa nhà trường, doanh nghiệp và các viện nghiên cứu. PGS.TS. Đoàn Đức Tùng - Hiệu trưởng Trường Đại học Quy Nhơn (QNU) đã có những chia sẻ về công tác chuẩn bị của nhà trường, kỳ vọng từ sự kiện cũng như định hướng phát triển các lĩnh vực khoa học, công nghệ chiến lược nhằm đáp ứng yêu cầu của kỷ nguyên số.
VCCA 2026 - trí tuệ kỹ nghệ tìm đến Quy Nhơn - Gia Lai

VCCA 2026 - trí tuệ kỹ nghệ tìm đến Quy Nhơn - Gia Lai

Quy Nhơn lâu nay vẫn được nhớ bằng màu biển xanh và nhịp sống miền Trung không ồn ào. Nhưng dưới vẻ bình thản ấy, một tọa độ khoa học & công nghệ đang dần hình thành. Hội nghị Khoa học và Triển lãm Quốc tế về Điều khiển và Tự động hóa lần thứ VIII (VCCA – 2026) đến Quy Nhơn - Gia Lai vì thế không chỉ là cuộc hội ngộ chuyên ngành, mà là cuộc gặp đúng lúc giữa trí tuệ kỹ nghệ và nhu cầu chuyển mình của một địa phương đang mở rộng không gian phát triển.
Dây cáp "mắt xích" quyết định độ ổn định của hệ thống tự động hóa

Dây cáp "mắt xích" quyết định độ ổn định của hệ thống tự động hóa

Trong các dự án tự động hóa, doanh nghiệp thường ưu tiên đầu tư vào PLC, robot, biến tần hay hệ thống điều khiển hiện đại. Tuy nhiên, theo các chuyên gia, một thành phần tưởng chừng đơn giản là dây cáp lại có thể ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, độ tin cậy và tuổi thọ của toàn bộ dây chuyền sản xuất.
vn-web
song-gia-tri