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

tan-hoang-minh
Tin bài khác
Liên hiệp Hội Việt Nam phát huy vai trò điều phối trí tuệ liên ngành

Liên hiệp Hội Việt Nam phát huy vai trò điều phối trí tuệ liên ngành

Sáng 23/10, tại Hà Nội, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức hội thảo “Giải pháp phát huy vai trò của Liên hiệp Hội Việt Nam là cầu nối giữa các hội thành viên, đội ngũ trí thức KH&CN với cơ quan Đảng, Nhà nước và Mặt trận Tổ quốc (MTTQ) trong các hoạt động tư vấn, phản biện và giám định xã hội”.
Thị trường chứng khoán ngày 23/10: Dòng tiền đổ vào nhóm ngân hàng, VN Index có phiên tăng thứ tư liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 23/10: Dòng tiền đổ vào nhóm ngân hàng, VN Index có phiên tăng thứ tư liên tiếp

VN Index tăng 13,52 điểm và nối dài chuỗi tăng lên bốn phiên liên tiếp. Dòng tiền tập trung mạnh vào nhóm ngân hàng với giá trị giao dịch vượt 5 nghìn tỷ đồng, giúp thị trường đảo chiều tích cực trong nửa cuối phiên chiều.
Ứng dụng AI Vision để kiểm soát lỗi trong dây chuyền sản xuất giày da

Ứng dụng AI Vision để kiểm soát lỗi trong dây chuyền sản xuất giày da

Zetamotion, công ty chuyên về giải pháp kiểm tra ngoại quan bằng AI, đã giới thiệu Trạm kiểm tra giày Spectron 01 (SSIS01), được đặt biệt danh là "Shoe Box", tại Triển lãm quốc tế thiết bị, máy móc ngành dệt may và da giày (VFM 2026) diễn ra tại Trung tâm Hội chợ và Triển lãm Sài Gòn (SECC) từ ngày 14-17/10.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/10/2026: Tuổi Ngọ đón tín hiệu tích cực, tuổi Tuất cần kiên nhẫn trước thử thách

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/10/2026: Tuổi Ngọ đón tín hiệu tích cực, tuổi Tuất cần kiên nhẫn trước thử thách

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/10/2026 mang đến những dự báo đáng chú ý về công việc, tài chính, tình duyên và sức khỏe của 12 con giáp. Một số tuổi có thể tìm thấy hướng đi mới, đón nhận cơ hội phát triển, trong khi những tuổi khác cần giữ bình tĩnh và thận trọng trước các tình huống bất ngờ. Dù vận trình mỗi người có những điểm khác biệt, sự chủ động, tinh thần lạc quan và cách quản lý cuộc sống hợp lý vẫn là yếu tố quan trọng giúp bạn có một ngày thuận lợi.
Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược

Phát triển nhân lực trẻ cho các lĩnh vực công nghệ chiến lược

Bộ Khoa học và Công nghệ được giao nghiên cứu, đề xuất cơ chế, chính sách phát triển nhân lực trẻ chất lượng cao trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, trí tuệ nhân tạo, hàng không vũ trụ và năng lượng nguyên tử, với thời hạn hoàn thành trong quý IV/2026.
Nhận định phiên giao dịch ngày 23/10: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 23/10: Duy trì tỷ trọng trung bình, tránh mua đuổi

VN-Index tiếp tục tăng điểm trong phiên 22/10, đóng cửa tại 1.760,6 điểm và duy trì trên các đường trung bình động MA10, MA20. Tuy nhiên, các chỉ báo động lượng và dòng tiền chưa phát tín hiệu đồng thuận, khiến thị trường có thể tiếp tục giằng co. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh mua đuổi và ưu tiên quản trị rủi ro.
Petrovietnam lần thứ 7 đứng đầu bảng xếp hạng doanh nghiệp lợi nhuận tốt nhất Việt Nam

Petrovietnam lần thứ 7 đứng đầu bảng xếp hạng doanh nghiệp lợi nhuận tốt nhất Việt Nam

Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) tiếp tục dẫn đầu bảng xếp hạng PROFIT500 năm 2026, đánh dấu lần thứ 7 giữ vị trí số 1 kể từ khi bảng xếp hạng được công bố.
PETROVIETNAM mở rộng hợp tác Đan Mạch, thúc đẩy điện gió ngoài khơi

PETROVIETNAM mở rộng hợp tác Đan Mạch, thúc đẩy điện gió ngoài khơi

Trong khuôn khổ chuyến thăm cấp Nhà nước tới Đan Mạch của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm, Petrovietnam đã thúc đẩy hợp tác với các tập đoàn năng lượng hàng đầu của Đan Mạch, tập trung phát triển điện gió ngoài khơi, nâng cao tỷ lệ nội địa hóa và mở rộng chuỗi cung ứng công nghiệp năng lượng.
The Up Project mùa 9: Góp một mùa xanh gieo mầm tri thức

The Up Project mùa 9: Góp một mùa xanh gieo mầm tri thức

Tiếp nối hành trình gieo mầm tri thức đầy tự hào, chặng đường thứ 9 của The Up Project chính thức mở ra dưới chủ đề “Đan Sắc” – mang sứ mệnh lan tỏa yêu thương, thắp sáng tri thức và mở ra những chân trời mới cho các em nhỏ còn nhiều khó khăn.
Thị trường chứng khoán ngày 22/10: VN Index vượt 1.760 điểm nhờ lực kéo từ nhóm Vin

Thị trường chứng khoán ngày 22/10: VN Index vượt 1.760 điểm nhờ lực kéo từ nhóm Vin

VN Index tiếp tục tăng hơn 21 điểm, vượt mốc 1.760 điểm, nhưng bảng điện tử lại phủ sắc đỏ nhiều hơn sắc xanh. Nhóm cổ phiếu họ Vin tiếp tục gánh phần lớn đà tăng nhưng thanh khoản suy yếu và nhiều cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán điều chỉnh.
master