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
[E-Magazine] Kỷ nguyên của “Giác quan số” - Sensor

[E-Magazine] Kỷ nguyên của “Giác quan số” - Sensor

Nếu thế kỷ XX được định hình bởi động cơ, thép và điện năng như ba trụ cột của công nghiệp hóa, thì thế kỷ XXI đang âm thầm chuyển dịch sang một trục quyền lực mới - khả năng cảm nhận thế giới. Trong trật tự công nghệ đang tái cấu trúc, cảm biến, những “giác quan nhân tạo” của máy móc, không còn là linh kiện phụ trợ, mà trở thành nền tảng quyết định cách con người, máy móc và trí tuệ nhân tạo hiểu về thực tại. Từ nhà máy tự động, xe tự lái đến đô thị thông minh, tất cả đều khởi sinh từ một câu hỏi tưởng như giản dị: thế giới này được đo lường như thế nào?
Masterise Homes: Giải thưởng quốc tế khẳng định năng lực “Nhà định chuẩn”

Masterise Homes: Giải thưởng quốc tế khẳng định năng lực “Nhà định chuẩn”

Cú đúp giải thưởng tại Asia Pacific Property Awards và Real Estate Asia Awards trong tháng 5/2026 không chỉ khẳng định năng lực phát triển dự án, triết lý nhất quán và cam kết mạnh mẽ của Masterise Homes, mà còn đánh dấu bước chuyển mình của thương hiệu: từ “nhà phát triển” bất động sản cao cấp thành “nhà định chuẩn” bất động sản hàng hiệu.
Đấu Trường Toàn Tài - nơi hun đúc, rèn luyện thí sinh toàn năng

Đấu Trường Toàn Tài - nơi hun đúc, rèn luyện thí sinh toàn năng

Ngày 13/6, tại Hà Nội, 95 thí sinh xuất sắc nhất đến từ 18 tỉnh thành trên cả nước chính thức bước vào Vòng Chung kết Đấu trường Toàn Tài - showgame trí tuệ tương tác trực tuyến quy mô lớn dành riêng cho học sinh khối 4-5, do Trạng Nguyên Education tổ chức, livestream ghi hình và phát trên sóng truyền hình quốc gia.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/6/2026: Tuổi Dậu đón lộc công danh, tuổi Mùi cần đề phòng hao tài

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/6/2026: Tuổi Dậu đón lộc công danh, tuổi Mùi cần đề phòng hao tài

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 15/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Khi quả bóng biết lên tiếng

Khi quả bóng biết lên tiếng

World Cup 2026 mới đi qua những ngày đầu, nhưng bóng đá đã kịp lộ ra một gương mặt khác, ít lãng mạn hơn tiếng hò reo, nhưng không kém phần quyến rũ. Đằng sau mỗi bàn thắng, thẻ phạt, pha việt vị và tranh cãi truyền hình là một mạng lưới cảm biến, thuật toán, dữ liệu, màn hình và đô thị thông minh đang âm thầm bước vào “tiền tuyến” của cuộc chơi.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank tăng tốc số hóa quầy giao dịch, định hình chuẩn ngân hàng 4.0

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VPBank tăng tốc số hóa quầy giao dịch, định hình chuẩn ngân hàng 4.0

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: NHNN hút ròng trở lại, thanh khoản hệ thống hạ nhiệt; Vietbank được chấp thuận tăng vốn gần 4.800 tỷ đồng; Vietbank được chấp thuận tăng vốn gần 4.800 tỷ đồng...
Kỳ 7: Con người trước quyền năng của máy móc

Kỳ 7: Con người trước quyền năng của máy móc

Từ chiếc máy dệt cơ khí của thế kỷ XVIII đến trí tuệ nhân tạo của thế kỷ XXI, máy móc chưa bao giờ chỉ là công cụ. Nó là phần kéo dài của con người và đồng thời là tấm gương phản chiếu những giới hạn của chính con người. Khi thuật toán bắt đầu “suy nghĩ”, khi máy móc học cách “học”, câu hỏi không còn là con người điều khiển máy, mà là liệu con người còn giữ được vị thế trung tâm trong thế giới do mình kiến tạo?
Du lịch Việt Nam lập kỷ lục mới: Đón 10,6 triệu lượt khách quốc tế sau 5 tháng

Du lịch Việt Nam lập kỷ lục mới: Đón 10,6 triệu lượt khách quốc tế sau 5 tháng

Với khoảng 10,6 triệu lượt khách quốc tế trong 5 tháng đầu năm 2026, du lịch Việt Nam tiếp tục ghi nhận cột mốc cao nhất từ trước đến nay cho cùng kỳ. Kết quả này tạo nền tảng thuận lợi để ngành du lịch hướng tới mục tiêu đón 25 triệu lượt khách quốc tế trong năm nay.
Thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn 100kW, mở đường cho kỷ nguyên máy bay điện

Thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn 100kW, mở đường cho kỷ nguyên máy bay điện

Một nhóm nghiên cứu tại Scotland vừa đạt được bước tiến quan trọng trong lĩnh vực hàng không bền vững khi phát triển và thử nghiệm thành công động cơ siêu dẫn công suất 100kW dành cho máy bay. Thành tựu này được kỳ vọng sẽ góp phần thúc đẩy sự ra đời của các thế hệ máy bay điện và máy bay sử dụng hydro trong tương lai.
Nhà báo Lê Doãn Hưng được bổ nhiệm giữ chức Tổng Biên tập Tạp chí Việt Nam Hương sắc

Nhà báo Lê Doãn Hưng được bổ nhiệm giữ chức Tổng Biên tập Tạp chí Việt Nam Hương sắc

Trên cương vị mới, Tổng Biên tập Lê Doãn Hưng cam kết cùng tập thể tòa soạn đẩy mạnh chuyển đổi số, phát triển truyền thông đa nền tảng và nâng cao vị thế của cơ quan báo chí chuyên ngành trong lĩnh vực sinh vật cảnh.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc