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 2/5/2026: Tuổi Hợi tình cảm giảm sút, tuổi Thìn đạt được mục tiêu

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 2/5/2026: Tuổi Hợi tình cảm giảm sút, tuổi Thìn đạt được mục tiêu

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 2/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Kỳ Tạp chí MCA thuộc Danh mục tạp chí đạt tiêu chuẩn khoa học Việt Nam năm 2026

Kỳ Tạp chí MCA thuộc Danh mục tạp chí đạt tiêu chuẩn khoa học Việt Nam năm 2026

Bộ Khoa học và Công nghệ (KH và CN) vừa ban hành Quyết định số 2244/QĐ-BKHCN ngày 28/4/2026 công bố Danh mục tạp chí đạt tiêu chuẩn khoa học Việt Nam năm 2026.
Sớm “kích hoạt” chuỗi cung ứng: Petrovietnam “đi trước một bước” trong lộ trình xăng sinh học E10

Sớm “kích hoạt” chuỗi cung ứng: Petrovietnam “đi trước một bước” trong lộ trình xăng sinh học E10

Không đợi cơ chế hoàn thiện hay khi thị trường “chín muồi”, Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) đã sớm “kích hoạt” việc xây dựng chuỗi cung ứng từ sản xuất, pha chế đến phân phối xăng sinh học E10.
Sự bùng nổ đầu tư kho bãi của các công ty 3PL và tác động tới tương lai tự động hóa logistics

Sự bùng nổ đầu tư kho bãi của các công ty 3PL và tác động tới tương lai tự động hóa logistics

Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu ngày càng biến động, các công ty cung cấp dịch vụ logistics bên thứ ba (3PL) đang tăng tốc đầu tư vào hệ thống kho bãi và công nghệ tự động hóa. Xu hướng này không chỉ phản ánh nhu cầu thị trường mà còn cho thấy cách ngành logistics đang chuyển mình sang mô hình vận hành dựa nhiều hơn vào công nghệ.
Triển lãm “80 năm An ninh nhân dân - Lá chắn thầm lặng” thu hút đông đảo công chúng

Triển lãm “80 năm An ninh nhân dân - Lá chắn thầm lặng” thu hút đông đảo công chúng

Tối ngày 29/4/2026, tại thành phố Đà Nẵng, Bộ Công an đã tổ chức lễ khai mạc chuỗi sự kiện “Tổ quốc bình yên”. Đây là hoạt động trọng điểm nhân dịp kỷ niệm 51 năm Ngày Giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước (30/4/1975 - 30/4/2026), và hướng tới kỷ niệm 80 năm Ngày truyền thống lực lượng An ninh nhân dân (12/7/1946 - 12/7/2026).
Phủ sóng 5G tại hàng trăm điểm lễ hội, du lịch dịp 30/4 - 1/5

Phủ sóng 5G tại hàng trăm điểm lễ hội, du lịch dịp 30/4 - 1/5

Lưu lượng dữ liệu dự kiến tăng tới 30% so với cùng kỳ, trong khi nhu cầu thoại tiếp tục giảm, đặt ra bài toán lớn cho hạ tầng viễn thông. Các nhà mạng đã đồng loạt nâng cấp mạng lưới, bổ sung trạm phát sóng và triển khai 5G để đáp ứng nhu cầu tăng cao.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/5/2026: Tuổi Thân căng thẳng mệt mỏi, tuổi Sửu cải thiện sức khỏe

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/5/2026: Tuổi Thân căng thẳng mệt mỏi, tuổi Sửu cải thiện sức khỏe

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 1/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Chuẩn hóa tự động hóa: Lời giải cho ngành cấp thoát nước

Chuẩn hóa tự động hóa: Lời giải cho ngành cấp thoát nước

Trong lĩnh vực tự động hóa hệ thống cấp nước và xử lý nước thải đô thị, một vấn đề phổ biến mà nhiều đơn vị vận hành gặp phải là sự thiếu nhất quán trong mã lập trình điều khiển. Mặc dù các nhà máy và trạm bơm thường sử dụng những thiết bị tương tự nhau, mỗi dự án lại được lập trình theo cách riêng, dẫn đến khó khăn trong vận hành, bảo trì và đào tạo nhân sự. Một hướng tiếp cận mới dựa trên thư viện khối chức năng tiêu chuẩn hóa đang cho thấy khả năng giải quyết hiệu quả bài toán này.
Kỳ 3: Internet và quyền lực dữ liệu

Kỳ 3: Internet và quyền lực dữ liệu

Trong lịch sử văn minh, quyền lực từng thuộc về đất đai, rồi chuyển sang máy móc, và nay lặng lẽ hội tụ trong những dòng dữ liệu vô hình. Internet không chỉ là hạ tầng kết nối, mà đã trở thành một “không gian quyền lực” nơi mọi hành vi, cảm xúc và lựa chọn của con người đều được ghi nhận, phân tích và dự đoán. Ở đó, dữ liệu không còn là sản phẩm phụ của đời sống số, mà trở thành tài nguyên cốt lõi định hình kinh tế, chính trị và cả căn tính cá nhân. Những minh triết của thời đại vì thế không chỉ nói về công nghệ, mà soi chiếu cách quyền lực vận hành trong thế giới số.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/4/2026: Tuổi Tỵ vận may tiền bạc, tuổi Ngọ điềm báo tranh cãi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/4/2026: Tuổi Tỵ vận may tiền bạc, tuổi Ngọ điềm báo tranh cãi

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 30/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
vn-web
song-gia-tri