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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/4/2026: Tuổi Hợi công việc suôn sẻ, tuổi Ngọ vướng rắc rối

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/4/2026: Tuổi Hợi công việc suôn sẻ, tuổi Ngọ vướng rắc rối

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 16/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 15/04: Tthị trường “xanh vỏ đỏ lòng”, VN Index chạm mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 15/04: Tthị trường “xanh vỏ đỏ lòng”, VN Index chạm mốc 1.800 điểm

Thị trường tiếp tục ghi nhận đà tăng khi VN Index đóng cửa trên mốc 1.800 điểm. Tuy nhiên, diễn biến bên trong không thực sự tích cực như điểm số thể hiện, khi phần lớn cổ phiếu trên sàn HoSE đóng cửa trong sắc đỏ và đà tăng chủ yếu đến từ nhóm vốn hóa lớn, đặc biệt là họ Vin.
Tăng cường hợp tác giáo dục đại học, KHCN, đổi mới sáng tạo hai nước Việt Nam - Trung Quốc

Tăng cường hợp tác giáo dục đại học, KHCN, đổi mới sáng tạo hai nước Việt Nam - Trung Quốc

Trong khuôn khổ chuyến thăm cấp Nhà nước của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm với Trung Quốc, ngày 14/4, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) Việt Nam đã phối hợp với Bộ Giáo dục Trung Quốc tổ chức Diễn đàn hợp tác giáo dục đại học, khoa học - công nghệ (KHCN) và đổi mới sáng tạo Việt Nam - Trung Quốc năm 2026 tại Đại học Thanh Hoa.
Nhiệt điện Hải phòng - song hành mục tiêu sản xuất điện và bảo vệ môi trường bền vững

Nhiệt điện Hải phòng - song hành mục tiêu sản xuất điện và bảo vệ môi trường bền vững

Trong bối cảnh ngành điện đứng trước áp lực kép vừa bảo đảm cung ứng điện ổn định, vừa đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường ngày càng khắt khe, Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng đang cho thấy những bước đi quyết liệt và bài bản. Năm 2025 không chỉ ghi nhận những kết quả tích cực trong sản xuất kinh doanh mà còn đánh dấu bước chuyển quan trọng trong chiến lược đầu tư nâng cấp công nghệ môi trường, đặc biệt là Dự án cải tạo, nâng cấp hệ thống xử lý khí thải tại các nhà máy.
VAA kết nối doanh nghiệp môi trường thúc đẩy kinh tế tuần hoàn từ xử lý chất thải

VAA kết nối doanh nghiệp môi trường thúc đẩy kinh tế tuần hoàn từ xử lý chất thải

Buổi làm việc giữa Hội Tự động hóa Việt Nam và Công ty TNHH Môi trường Sông Công mở ra hướng hợp tác trong triển khai thị trường đầu vào và chuyển đổi số, tối ưu công nghệ, góp phần nâng cao hiệu quả xử lý chất thải theo mô hình kinh tế tuần hoàn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 15/4: Duy trì vị thế hiện tại, chờ tín hiệu thị trường

Nhận định phiên giao dịch ngày 15/4: Duy trì vị thế hiện tại, chờ tín hiệu thị trường

VN-Index tăng điểm nhưng phụ thuộc lớn vào nhóm cổ phiếu trụ, trong khi thanh khoản suy giảm và độ lan tỏa hạn chế. Khi chỉ số tiến gần vùng kháng cự mạnh, nhà đầu tư được khuyến nghị giữ nguyên danh mục, chờ thêm tín hiệu mới từ thị trường.
Mitsubishi MDS: Giải pháp truyền động chính xác cho CNC

Mitsubishi MDS: Giải pháp truyền động chính xác cho CNC

Trong bối cảnh sản xuất thông minh và gia công chính xác ngày càng phát triển, các hệ thống truyền động servo đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo độ chính xác, tốc độ và độ ổn định của máy CNC. Khi các yêu cầu về dung sai ngày càng chặt chẽ và tốc độ gia công ngày càng cao, việc lựa chọn hệ thống truyền động phù hợp trở thành yếu tố quyết định hiệu quả sản xuất. Trong số các giải pháp nổi bật trên thị trường, hệ thống truyền động servo dòng MDS của Mitsubishi Electric được xem là một tiêu chuẩn về độ tin cậy và hiệu suất trong ngành tự động hóa công nghiệp.
AI không còn là tương lai: Cuốn sách mở lối để mọi nghề “bắt tay” công nghệ

AI không còn là tương lai: Cuốn sách mở lối để mọi nghề “bắt tay” công nghệ

Trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo (AI) đang len lỏi vào mọi lĩnh vực đời sống, khoảng cách giữa tiềm năng công nghệ và khả năng ứng dụng thực tế của người lao động ngày càng lộ rõ. Cuốn sách “Nghề nào cũng cần AI” ra đời như một lời giải, hướng tới phổ cập AI và giúp mỗi người chủ động thích nghi trong kỷ nguyên cộng tác cùng công nghệ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/4/2026: Tuổi Thân cải thiện tâm trạng, tuổi Tý tránh lặp sai lầm

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/4/2026: Tuổi Thân cải thiện tâm trạng, tuổi Tý tránh lặp sai lầm

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 15/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
BSR chính thức trở thành Tổng Công ty Lọc hóa dầu Việt Nam

BSR chính thức trở thành Tổng Công ty Lọc hóa dầu Việt Nam

Công ty cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn chính thức sẽ chuyển sang hoạt động dưới mô hình Tổng công ty.
song-gia-tri