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
Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 16/6: Nhóm chứng khoán nổi sóng, VN Index vượt 1.800 điểm

VN Index tăng hơn 8 điểm và giữ được vùng 1.800 điểm, nhưng thanh khoản lại giảm sâu. Dòng tiền chỉ tập trung ở một số nhóm, nổi bật là nhóm chứng khoán, trong khi nhóm bluechip vẫn giao dịch phân hóa.
Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Cảnh sát Indonesia ‘biến hình’ VF3 thành xe công vụ

Chiếc xe ô tô điện VF3 của VinFast vừa gây bất ngờ với công chúng, khi ghi dấu ấn trong đội hình của cảnh sát Indonesia. Không chỉ là chiếc xe có doanh số cao nhất tại trong thị trường xe điện của hãng, VF3 còn được lựa chọn cho một mục đích đặc biệt khi trở thành phương tiện hỗ trợ lực lượng cảnh sát giao thông quốc tế triển khai công nghệ giám sát vi phạm bằng máy bay không người lái.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/6/2026: Tuổi Ngọ tài lộc khởi sắc, tuổi Thìn cần đề phòng thị phi

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 17/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Xăng E10: Bước chuyển thực tế trên hành trình năng lượng xanh

Xăng E10: Bước chuyển thực tế trên hành trình năng lượng xanh

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng và mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050, xăng sinh học E10 đang nổi lên như một giải pháp khả thi cho Việt Nam. Không đòi hỏi thay đổi lớn về hạ tầng hay thói quen sử dụng, E10 không chỉ góp phần giảm phát thải mà còn mở rộng nguồn cung năng lượng, tăng khả năng tự chủ và thúc đẩy hình thành chuỗi giá trị nhiên liệu sinh học trong nước.
Báo chí phải khẳng định giá trị trong kỷ nguyên AI

Báo chí phải khẳng định giá trị trong kỷ nguyên AI

Trong bối cảnh công nghệ số, mạng xã hội và trí tuệ nhân tạo đang làm thay đổi sâu sắc môi trường truyền thông, báo chí cần tập trung vào những giá trị cốt lõi mà công nghệ không thể thay thế như kiểm chứng sự thật, trách nhiệm xã hội, đạo đức nghề nghiệp và bản lĩnh chính trị. Đây là thông điệp được lãnh đạo Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch nhấn mạnh tại Hội nghị giao ban báo chí nhân dịp kỷ niệm 101 năm Ngày Báo chí Cách mạng Việt Nam.
Từ vật liệu chiến lược đến robot công nghiệp: Bài toán tự chủ công nghệ của Việt Nam

Từ vật liệu chiến lược đến robot công nghiệp: Bài toán tự chủ công nghệ của Việt Nam

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI), robot công nghiệp, sản xuất thông minh và chuyển đổi số đang mở ra những cơ hội bứt phá chưa từng có cho nền kinh tế Việt Nam. Trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư diễn ra sâu rộng, năng lực cạnh tranh quốc gia không còn dựa vào lao động giá rẻ hay quy mô thị trường, mà phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng làm chủ công nghệ lõi, vật liệu chiến lược và năng lực chế tạo các hệ thống công nghệ cao.
VAA hợp tác chiến lược với doanh nghiệp Trung Quốc thúc đẩy phát triển công nghệ lõi

VAA hợp tác chiến lược với doanh nghiệp Trung Quốc thúc đẩy phát triển công nghệ lõi

Ngày 15/6, tại Văn phòng Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA đã diễn ra cuộc gặp mặt và ký kết Biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược (MOU) giữa Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA); đại diện Tập đoàn HNC và đại diện Công ty TNHH DMC ZenTech, nhằm hướng tới mục tiêu thúc đẩy phát triển lĩnh vực công nghệ cao, tự động hóa và đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao ở Việt Nam.
Siemens hợp tác phát triển Silverlake thành khu công nghiệp đổi mới sáng tạo thế hệ mới

Siemens hợp tác phát triển Silverlake thành khu công nghiệp đổi mới sáng tạo thế hệ mới

Vào giữa tháng 6, Siemens Việt Nam và Pacific Land Việt Nam ký kết biên bản ghi nhớ hợp tác chiến lược nhằm phát triển Khu Công nghệ cao Silverlake trở thành trung tâm đổi mới sáng tạo thông minh và bền vững, hướng tới thu hút các ngành công nghệ cao và khoa học sự sống.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/6: Xem xét các cơ hội đầu tư ở các doanh nghiệp đầu ngành

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/6: Xem xét các cơ hội đầu tư ở các doanh nghiệp đầu ngành

Thị trường chứng khoán đã có phiên giao dịch khởi sắc trong ngày 15/6 khi lực cầu gia tăng giúp các chỉ số chính đồng loạt tăng điểm. Dù VN-Index chưa thể chinh phục thành công mốc 1.800 điểm, diễn biến của dòng tiền và độ rộng thị trường cho thấy tâm lý nhà đầu tư đang dần cải thiện sau giai đoạn điều chỉnh kéo dài.
Bài toán văn hóa đang quyết định hiệu quả nhà máy thông minh

Bài toán văn hóa đang quyết định hiệu quả nhà máy thông minh

Trong hành trình chuyển đổi số của ngành công nghiệp chế biến, công nghệ thường được xem là yếu tố trung tâm. Các doanh nghiệp liên tục đầu tư vào trí tuệ nhân tạo, phân tích dữ liệu, tự động hóa và các nền tảng giám sát hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất. Tuy nhiên, thực tế cho thấy nhiều dự án tối ưu hóa quy trình không đạt được kết quả như kỳ vọng dù sở hữu những công nghệ tiên tiến nhất. Nguyên nhân thường không nằm ở phần mềm hay thiết bị, mà ở yếu tố con người và văn hóa doanh nghiệp.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc