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
Việt Nam xác lập 3 cam kết chiến lược, thúc đẩy phát triển và làm chủ AI

Việt Nam xác lập 3 cam kết chiến lược, thúc đẩy phát triển và làm chủ AI

Tuần lễ Số Quốc tế Việt Nam 2026 (VIDW 2026) khai mạc ngày 28/10 tại Quảng Ninh, quy tụ hơn 500 đại biểu đến từ gần 30 quốc gia.
‘Mạng lưới Khoa học sự sống bền vững 2026’ kết nối các nhà khoa học quốc tế hướng tới tương lai bền vững

‘Mạng lưới Khoa học sự sống bền vững 2026’ kết nối các nhà khoa học quốc tế hướng tới tương lai bền vững

Hội thảo "Mạng lưới Khoa học sự sống bền vững 2026" vừa chính thức khai mạc tại Đại học Bách khoa Hà Nội với chủ đề “Thúc đẩy tương lai bền vững và có khả năng chống chịu thông qua hợp tác quốc tế, giáo dục và nghiên cứu liên ngành về khoa học sự sống”.
MIK Group bổ nhiệm nữ Tổng Giám đốc mới

MIK Group bổ nhiệm nữ Tổng Giám đốc mới

MIK Group bổ nhiệm bà Trần Thị Minh Thúy làm Tổng Giám đốc kiêm người đại diện theo pháp luật, thay ông Nguyễn Trường Sơn. Trước đó, bà Thúy từng đảm nhiệm các vị trí quản lý cấp cao tại Virex, T&T Homes và Vinhomes.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/10/2026: Tuổi Thân tài lộc khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/10/2026: Tuổi Thân tài lộc khởi sắc, tuổi Ngọ cần thận trọng

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 29/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 28/10: VN-Index đảo chiều nhờ lực kéo từ nhóm ngân hàng

Thị trường chứng khoán ngày 28/10: VN-Index đảo chiều nhờ lực kéo từ nhóm ngân hàng

VN-Index kết thúc phiên 28/10 trong sắc xanh sau phần lớn thời gian giao dịch dưới tham chiếu, nhờ sự hỗ trợ của VCB, VIC và một số cổ phiếu ngân hàng. Dù chỉ số phục hồi gần 5 điểm, số mã giảm vẫn nhiều hơn số mã tăng, cho thấy tâm lý thận trọng vẫn bao trùm thị trường.
Đoàn Hội Tự động hóa Việt Nam tham dự NEPCON ASIA và Robotech 2026 tại Trung Quốc

Đoàn Hội Tự động hóa Việt Nam tham dự NEPCON ASIA và Robotech 2026 tại Trung Quốc

Đoàn đại biểu Hội Tự động hóa Việt Nam tham dự hai triển lãm công nghệ NEPCON ASIA 2026 và Robotech 2026 diễn ra từ 27-29/10 tại Thâm Quyến, Trung Quốc, nhằm cập nhật xu hướng sản xuất thông minh, khảo sát công nghệ và thúc đẩy hợp tác quốc tế.
AEF 2026: Từ hợp tác quốc tế đến những động lực tăng trưởng mới

AEF 2026: Từ hợp tác quốc tế đến những động lực tăng trưởng mới

Ngày 27/10/2026, Diễn đàn Kinh tế Mùa thu 2026 bước vào ngày làm việc với 16 phiên chuyên đề, tập trung thảo luận những động lực tăng trưởng mới, tái cấu trúc chuỗi giá trị toàn cầu, công nghệ đột phá, logistics xanh, kinh tế tuần hoàn, kinh tế số và khả năng huy động các nguồn lực tài chính quốc tế.
Xử lý nước công nghiệp: Tối ưu từng công đoạn

Xử lý nước công nghiệp: Tối ưu từng công đoạn

Điện năng tiêu thụ tăng, màng lọc suy giảm hiệu suất và chi phí bảo trì phát sinh là những vấn đề khiến doanh nghiệp phải nhìn lại hệ thống xử lý nước công nghiệp. Tối ưu không chỉ là thay thiết bị bằng công nghệ mới, mà còn phải xác định tổn thất xuất hiện ở đâu và liệu việc nâng cấp có mang lại hiệu quả tương xứng.
Giải ngân kinh phí khoa học, công nghệ: Tăng tốc gắn với hiệu quả đầu ra

Giải ngân kinh phí khoa học, công nghệ: Tăng tốc gắn với hiệu quả đầu ra

Tính đến ngày 26/10/2026, tỷ lệ giải ngân kinh phí khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trên cả nước đạt 41,18%; riêng khối địa phương đạt 38,49%. Trước áp lực hoàn thành kế hoạch năm, Bộ Khoa học và Công nghệ yêu cầu các địa phương chủ động tháo gỡ vướng mắc, đẩy nhanh tiến độ thực hiện nhiệm vụ, đồng thời gắn giải ngân với kết quả đầu ra và hiệu quả sử dụng ngân sách.
Từ màn hình phức tạp đến trợ lý thông minh: Trải nghiệm người dùng đang thay đổi ngành sản xuất

Từ màn hình phức tạp đến trợ lý thông minh: Trải nghiệm người dùng đang thay đổi ngành sản xuất

Trong kỷ nguyên số, các hệ thống quản lý sản xuất không chỉ cần mạnh mẽ về công nghệ mà còn phải dễ sử dụng. Sự chuyển dịch từ những giao diện phức tạp sang trải nghiệm trực quan đang giúp doanh nghiệp rút ngắn thời gian đào tạo, hạn chế sai sót và nâng cao hiệu suất vận hành nhà máy.
master