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

mca
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 17/9: VN-Index rung lắc, nhà đầu tư có thể cân nhắc giải ngân từng phần vào nhóm cổ phiếu dẫn dắt

Nhận định phiên giao dịch ngày 17/9: VN-Index rung lắc, nhà đầu tư có thể cân nhắc giải ngân từng phần vào nhóm cổ phiếu dẫn dắt

Thị trường chứng khoán phiên 16/9 ghi nhận biến động mạnh khi VN-Index nhiều lần thử thách mốc 1.700 điểm nhưng không thành công, chốt phiên giảm 4 điểm (0,24%) xuống 1.680,90 điểm.
CISA cảnh báo lỗ hổng RCE Dassault đang bị tin tặc lợi dụng

CISA cảnh báo lỗ hổng RCE Dassault đang bị tin tặc lợi dụng

Cơ quan An ninh mạng và Cơ sở hạ tầng Mỹ (CISA) vừa phát cảnh báo về lỗ hổng thực thi mã từ xa (RCE) nghiêm trọng - CVE-2025-5086, với điểm CVSS 9.0 - đang bị tin tặc khai thác trong DELMIA Apriso, giải pháp MOM/MES của hãng Dassault Systèmes (Pháp).
Điện ảnh Việt bùng nổ: Từ phim kinh điển, đương đại đến tài liệu quốc tế

Điện ảnh Việt bùng nổ: Từ phim kinh điển, đương đại đến tài liệu quốc tế

Một "bữa tiệc" điện ảnh đang diễn ra sôi động khắp nơi: rạp chiếu miễn phí tại Triển lãm Thành tựu đất nước với hơn 100 bộ phim Việt, các suất chiếu thương mại nhộn nhịp cùng Liên hoan phim tài liệu châu Âu - Việt Nam lần thứ 15. Những ngày này, công chúng thực sự được thưởng thức một không gian nghệ thuật phong phú, vừa gần gũi vừa hoành tráng.
Techcombank sắp chi 7.086 tỷ đồng tiền mặt trả cổ tức

Techcombank sắp chi 7.086 tỷ đồng tiền mặt trả cổ tức

Phương án chia cổ tức bằng tiền mặt năm 2024 đã được Đại hội đồng cổ đông thường niên năm 2025 (ĐHĐCĐ) thông qua cùng với tất cả các tờ trình và nghị quyết, bao gồm Kế hoạch Kinh doanh năm 2025.
Sử dụng và lựa chọn loại thực phẩm bổ sung phù hợp

Sử dụng và lựa chọn loại thực phẩm bổ sung phù hợp

Xu hướng chăm sóc sức khỏe dự phòng thúc đẩy nhu cầu về nguồn thông tin uy tín và đáng tin cậy
iPhone 18 hé lộ chiến lược "chưa từng có" của Apple: 6 mẫu máy, iPhone Fold lần đầu góp mặt

iPhone 18 hé lộ chiến lược "chưa từng có" của Apple: 6 mẫu máy, iPhone Fold lần đầu góp mặt

Tin đồn mới tiết lộ iPhone 18 không chỉ nhiều mẫu máy hơn mà còn thay đổi cách Apple ra mắt sản phẩm, trong đó iPhone Fold là điểm nhấn gây chú ý nhất.
Thị trường chứng khoán ngày 16/9: Thị trường điều chỉnh nhẹ sau 5 phiên tăng liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 16/9: Thị trường điều chỉnh nhẹ sau 5 phiên tăng liên tiếp

Dù nhóm ngân hàng và công nghệ hỗ trợ tốt cho chỉ số, nhưng áp lực chốt lời tại các nhóm chứng khoán, bất động sản, thép, dầu khí… đã khiến VN Index điều chỉnh nhẹ sau 5 phiên tăng liên tiếp. Khối ngoại đảo chiều mua ròng nhẹ, tạo điểm sáng hiếm hoi cho thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/9/2025: Tuổi Mão nhiều rắc rối, tuổi Sửu đón nhiều may mắn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/9/2025: Tuổi Mão nhiều rắc rối, tuổi Sửu đón nhiều may mắn

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 17/9/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Dấu ấn thương mại AI trên thị trường toàn cầu

Dấu ấn thương mại AI trên thị trường toàn cầu

Trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành động lực then chốt của chuyển đổi số, sự kiện Oracle công bố những thành tựu mới đã tạo nên một “cú nổ bom tấn” trên thị trường công nghệ. Đây không chỉ là một cột mốc quan trọng đối với riêng Oracle, mà còn cho thấy ảnh hưởng ngày càng sâu rộng của thương mại AI trong hoạt động kinh doanh toàn cầu.
Agribank: Từ cho vay mua xe điện đến chiến lược phát triển bền vững

Agribank: Từ cho vay mua xe điện đến chiến lược phát triển bền vững

Để góp phần hiện thực hóa mục tiêu tăng trưởng xanh, Agribank đưa ra gói vay ưu đãi 2.000 tỷ đồng cho khách hàng mua xe điện. Không chỉ giảm bớt gánh nặng tài chính cho người vay, chính sách còn thể hiện nỗ lực của Agribank trong việc lan tỏa lối sống xanh, đồng hành cùng cộng đồng hướng tới một tương lai phát triển bền vững.
song-gia-tri