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

vaa
Tin bài khác
Bộ KH&CN đặt mục tiêu 89.000 doanh nghiệp công nghệ số vào năm 2026

Bộ KH&CN đặt mục tiêu 89.000 doanh nghiệp công nghệ số vào năm 2026

Chiều 31/12, tại Hà Nội, Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN) tổ chức họp báo cung cấp thông tin tới các cơ quan báo chí về kết quả hoạt động năm 2025 của ngành KH&CN và một số nhiệm vụ trọng tâm năm 2026.
Bà Lâm Thị Phương Thanh làm Thứ trưởng Thường trực Bộ VHTT&DL

Bà Lâm Thị Phương Thanh làm Thứ trưởng Thường trực Bộ VHTT&DL

Thủ tướng Chính phủ có các Quyết định về việc tiếp nhận, bổ nhiệm Thứ trưởng Thường trực Bộ VHTT&DL; phê chuẩn kết quả bầu chức vụ Phó Chủ tịch UBND tỉnh Điện Biên.
Học viện Chính trị quốc gia Hồ Chí Minh có tân Phó giám đốc

Học viện Chính trị quốc gia Hồ Chí Minh có tân Phó giám đốc

Thứ trưởng Thường trực Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch Lê Hải Bình giữ chức Phó Giám đốc Học viện Chính trị quốc gia Hồ Chí Minh, theo quyết định của Bộ Chính trị.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/1/2026: Tuổi Ngọ vận trình giảm sút, tuổi Hợi thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/1/2026: Tuổi Ngọ vận trình giảm sút, tuổi Hợi thuận lợi

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 1/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
VN-Index kết thúc năm 2025 tại 1.784 điểm, tăng mạnh nhất 8 năm

VN-Index kết thúc năm 2025 tại 1.784 điểm, tăng mạnh nhất 8 năm

Thị trường chứng khoán Việt Nam kết thúc năm 2025 bằng phiên tăng điểm thứ ba liên tiếp, đưa VN-Index chốt phiên cuối năm tại 1.784 điểm. Với mức tăng hơn 40% trong cả năm, đây được xem là giai đoạn tăng trưởng tích cực nhất của thị trường kể từ năm 2017.
Trình diễn công nghệ

Trình diễn công nghệ 'xem được, chạm được, kiểm chứng được' tại Make in Vietnam 2025

Trong khuôn khổ Diễn đàn Make in Vietnam 2025 do Bộ KH&CN tổ chức chiều 30/12 tại Trung tâm Hội nghị VinPalace Cổ Loa (xã Đông Anh, TP. Hà Nội) đã diễn ra hoạt động trình diễn công nghệ theo các kịch bản thực tế.
Nhận định phiên giao dịch ngày 31/12: Duy trì tỷ trọng đối với những mã đang khả dụng

Nhận định phiên giao dịch ngày 31/12: Duy trì tỷ trọng đối với những mã đang khả dụng

Phiên giao dịch ngày 30/12 khép lại với diễn biến tích cực khi VN-Index duy trì đà tăng và dòng tiền có dấu hiệu lan tỏa, cho thấy tâm lý nhà đầu tư dần ổn định. Trong bối cảnh thị trường bước vào giai đoạn giằng co, tích lũy, giới phân tích khuyến nghị nhà đầu tư duy trì tỷ trọng hợp lý ở những mã đang trong xu hướng hồi phục và thu hút dòng tiền.
Nâng cao năng lực cho các tổ chức nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ công lập

Nâng cao năng lực cho các tổ chức nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ công lập

Phó Thủ tướng Chính phủ Nguyễn Chí Dũng ký Quyết định số 2813/QĐ-TTg phê duyệt Chương trình nâng cao năng lực cho các tổ chức nghiên cứu khoa học, tổ chức nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ công lập giai đoạn 2025-2030 (Chương trình).
Kết luận của Tổng Bí thư Tô Lâm tại Hội nghị tổng kết năm 2025 về khoa học, công nghệ và chuyển đổi số

Kết luận của Tổng Bí thư Tô Lâm tại Hội nghị tổng kết năm 2025 về khoa học, công nghệ và chuyển đổi số

Ngày 29/12/2025, Ban Chỉ đạo Trung ương về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số đã ban hành Thông báo số 17-TB/CQTTBCĐ, nêu rõ Kết luận của Tổng Bí thư Tô Lâm tại Hội nghị tổng kết công tác năm 2025, đồng thời định hướng các nhiệm vụ, giải pháp trọng tâm cho năm 2026.
Bộ Khoa học và Công nghệ ghi nhận kết quả triển khai 5G quy mô lớn của Viettel

Bộ Khoa học và Công nghệ ghi nhận kết quả triển khai 5G quy mô lớn của Viettel

Trong chưa đầy 10 tháng, Viettel đã triển khai hơn 20.700 trạm vô tuyến 5G trên toàn quốc, trong đó có hơn 2.000 trạm “Make in Vietnam”, hoàn thành các chỉ tiêu được giao sớm gần ba tuần và được Bộ Khoa học và Công nghệ ghi nhận kết quả.
song-gia-tri