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

ar
Tin bài khác
Quản trị đô thị thông minh: góc nhìn từ Triển lãm Đô thị thông minh châu Á

Quản trị đô thị thông minh: góc nhìn từ Triển lãm Đô thị thông minh châu Á

Tại Đài Loan (Trung Quốc), từ ngày 17/3 đến 21/3/2026 đã diễn ra triển lãm thương mại thành phố thông minh lớn nhất châu Á (Smart City Summit & Expo 2026 -SCSE) song song cùng triển lãm "Net Zero City Expo", đặt dấu ấn quan trọng trong hành trình đổi mới và tiến bộ công nghệ, định hình lại tương lai của cuộc sống đô thị. Sự kiện diễn ra tại hai thành phố lớn nhất của Đài Loan là Đài Bắc và Cao Hùng, thu hút sự tham gia của hàng ngàn đại biểu quốc tế, doanh nghiệp công nghệ và đại diện chính quyền các đô thị.
VAA làm việc tại Cần Thơ - tăng cường liên kết hệ thống Hội

VAA làm việc tại Cần Thơ - tăng cường liên kết hệ thống Hội

Chuyến công tác của lãnh đạo Hội Tự động hóa Việt Nam tại Cần Thơ ngày 21/3 tập trung vào xây dựng cơ sở dữ liệu hội viên, triển khai Đề án Hệ sinh thái Doanh nghiệp VAA và tăng cường kết nối hoạt động toàn hệ thống.
"Ngọn hải đăng" định hướng an ninh mạng cho hệ thống công nghiệp

"Ngọn hải đăng" định hướng an ninh mạng cho hệ thống công nghiệp

Trong thế giới công nghiệp ngày càng số hóa, nơi các hệ thống tự động hóa và điều khiển đóng vai trò cốt lõi, việc đảm bảo an ninh mạng không còn là lựa chọn mà đã trở thành yêu cầu bắt buộc. Tuy nhiên, giữa vô số công nghệ và rủi ro tiềm ẩn, các tổ chức cần một “điểm tựa” đáng tin cậy để định hướng. Đó chính là vai trò mà tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 đang đảm nhiệm như một ngọn hải đăng trong vùng biển công nghiệp đầy biến động.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/3/2026: Tuổi Ngọ công việc khó khăn, tuổi Tý công việc may mắn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/3/2026: Tuổi Ngọ công việc khó khăn, tuổi Tý công việc 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 24/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Đại học Bách khoa Hà Nội trao 4 tỷ đồng học bổng sau đại học và miễn học phí cho tất cả NCS trúng tuyển từ 2026

Đại học Bách khoa Hà Nội trao 4 tỷ đồng học bổng sau đại học và miễn học phí cho tất cả NCS trúng tuyển từ 2026

Đại học Bách khoa Hà Nội vừa tổ chức trao quỹ học bổng 4 tỷ đồng cho 139 cá nhân tiêu biểu, gồm 135 học viên cao học và 4 nghiên cứu sinh. Trong đó, có 8 học viên và 1 nghiên cứu sinh thuộc Trường Điện - Điện tử đạt học bổng mức cao nhất.
145 dự án đạt giải ứng dụng tốt AI và công nghệ tự động hóa

145 dự án đạt giải ứng dụng tốt AI và công nghệ tự động hóa

Cuộc thi Nghiên cứu khoa học, kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh THCS và THPT năm 2025-2026 đã khép lại sau 3 ngày làm việc minh bạch, công tâm. 145 dự án được trao giải, với 14 Giải Nhất, 29 Giải Nhì, 44 Giải Ba và 58 Giải Tư; các dự án AI, công nghệ chiếm số lượng giải nhiều nhất,
[E-Magazine] Người viết nhịp cho robot

[E-Magazine] Người viết nhịp cho robot

Trong những nhà máy ô tô hiện đại như VinFast hay THACO, hàng nghìn robot công nghiệp chuyển động nhịp nhàng như một dàn nhạc cơ khí khổng lồ. Ít ai để ý rằng phía sau “bản giao hưởng thép” ấy là những kỹ sư tự động hóa, những người không trực tiếp chạm vào từng cánh tay robot, nhưng lại viết nên nhịp điệu vận hành cho cả nhà máy.
Nghịch lý ESG trong nông nghiệp: Làm tốt nhưng vẫn khó tiếp cận vốn xanh

Nghịch lý ESG trong nông nghiệp: Làm tốt nhưng vẫn khó tiếp cận vốn xanh

Khảo sát 97 hợp tác xã và doanh nghiệp cho thấy, hơn một nửa đã tham gia các thực hành nông nghiệp bền vững, song gần như không tiếp cận được tài chính xanh. Khoảng cách giữa thực hành ESG và nguồn vốn phù hợp đang trở thành điểm nghẽn lớn, đòi hỏi tái thiết chính sách và cơ chế tài chính theo hướng đồng bộ, hiệu quả hơn.
Tự động hóa kho hàng trong bối cảnh thiếu hụt lao động

Tự động hóa kho hàng trong bối cảnh thiếu hụt lao động

Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu chịu áp lực từ sự bùng nổ thương mại điện tử và kỳ vọng giao hàng nhanh, tình trạng thiếu hụt lao động kho bãi đang trở thành thách thức mang tính cấu trúc. Tự động hóa, vốn được thiết kế để thay thế các công việc lặp lại, nguy hiểm và kém hấp dẫn, đang nổi lên như một giải pháp chiến lược nhằm duy trì năng suất và khả năng cạnh tranh.
Nuôi dưỡng tài năng STEM ngay từ tiểu học

Nuôi dưỡng tài năng STEM ngay từ tiểu học

Có khoảng 60 - 65% học sinh phổ thông lựa chọn theo học lĩnh vực khoa học xã hội, dẫn tới nguồn nhân lực chất lượng cao khối ngành khoa học, kỹ thuật luôn thiếu. Đó là thống kê đến từ Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) trong Hội thảo “Giáo dục STEM - Định hướng đào tạo nhân lực từ trường phổ thông”, trong khuôn khổ sự kiện Vòng chung kết Cuộc thi Nghiên cứu khoa học, kỹ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh PTCS và PTTH năm học 2025-2026, tại Đại học Phenikaa.
song-gia-tri