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
Hàn Quốc dẫn đầu thế giới về mật độ robot công nghiệp

Hàn Quốc dẫn đầu thế giới về mật độ robot công nghiệp

Mật độ robot trong ngành sản xuất toàn cầu tiếp tục lập kỷ lục mới, trong đó Hàn Quốc dẫn đầu với 1.066 robot công nghiệp trên mỗi 10.000 lao động, theo số liệu của Liên đoàn Robot Quốc tế (IFR).
Trường Đại học Điện lực: 60 năm vun đắp nguồn nhân lực cho ngành năng lượng

Trường Đại học Điện lực: 60 năm vun đắp nguồn nhân lực cho ngành năng lượng

Trải qua 60 năm xây dựng và phát triển, Trường Đại học Điện lực từng bước khẳng định vai trò trong đào tạo, nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ. Trước yêu cầu chuyển dịch năng lượng và làm chủ công nghệ, nhà trường hướng tới nâng cao chất lượng nguồn nhân lực, đóng góp vào bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia.
Tuyển sinh đại học năm 2027 giảm còn 11 phương thức xét tuyển

Tuyển sinh đại học năm 2027 giảm còn 11 phương thức xét tuyển

Bộ Giáo dục và Đào tạo công bố 11 phương thức xét tuyển đại học áp dụng từ năm 2027, giảm 8 phương thức so với năm trước, đồng thời bổ sung hình thức xét tuyển bằng kết quả học tập và thi tốt nghiệp trung học nghề.
BYD lộ diện bản quyền xe điện siêu nhỏ 2 cửa tối ưu khí động học

BYD lộ diện bản quyền xe điện siêu nhỏ 2 cửa tối ưu khí động học

Tối ưu cấu trúc khí động học và công nghệ chiếu sáng LED, BYD vừa công bố bản quyền mẫu ô tô điện siêu nhỏ 2 cửa dành riêng cho giao thông đô thị.
Trung Quốc dự kiến đầu tư 940 tỷ USD cho chuyển đổi năng lượng trong năm 2026

Trung Quốc dự kiến đầu tư 940 tỷ USD cho chuyển đổi năng lượng trong năm 2026

Trung Quốc dự kiến chi khoảng 940 tỷ USD cho chuyển đổi năng lượng trong năm 2026, tiếp tục dẫn đầu thế giới về quy mô đầu tư.
Hợp tác 3 Nhà thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu khoa học

Hợp tác 3 Nhà thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu khoa học

Mô hình liên kết Nhà nước, Nhà trường, Doanh nghiệp được định hướng theo cách tiếp cận mới: doanh nghiệp và cơ quan quản lý đặt bài toán, trường đại học và viện nghiên cứu phát triển giải pháp, Nhà nước hỗ trợ nguồn lực và chia sẻ rủi ro.
COP31: Bốn quốc gia ký thỏa thuận phát triển hành lang năng lượng xanh

COP31: Bốn quốc gia ký thỏa thuận phát triển hành lang năng lượng xanh

Azerbaijan, Thổ Nhĩ Kỳ, Georgia và Bulgaria đã ký thỏa thuận hợp tác phát triển hành lang năng lượng xanh tại Hội nghị COP31, hướng tới xây dựng tuyến truyền tải điện tái tạo từ khu vực Biển Caspi đến thị trường châu Âu, góp phần đa dạng hóa nguồn cung và tăng cường an ninh năng lượng khu vực.
Năng lượng tái tạo giá rẻ chưa giúp giảm hóa đơn tiền điện: Bài học từ Hy Lạp

Năng lượng tái tạo giá rẻ chưa giúp giảm hóa đơn tiền điện: Bài học từ Hy Lạp

Dù sản lượng điện tái tạo liên tục tăng, doanh nghiệp công nghiệp tại Hy Lạp vẫn phải chịu chi phí điện cao hơn Trung Quốc và bang Texas (Mỹ) do những hạn chế về lưới điện, thiếu năng lực lưu trữ và chi phí vận hành thị trường cân bằng điện.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/11/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Mão cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/11/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Mão cần thận trọng

Những bí ẩn của khoa học đời sống luôn là chủ đề thu hút sự quan tâm của con người. Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/11/2026 sẽ cùng bạn khám phá vận trình của 12 con giáp trên các phương diện công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, qua đó có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Đào tạo nhân lực trước yêu cầu mới của sản xuất tự động

Đào tạo nhân lực trước yêu cầu mới của sản xuất tự động

Robot và trí tuệ nhân tạo đang làm thay đổi cách thức vận hành nhà máy, kéo theo những yêu cầu mới đối với người lao động. Bên cạnh kỹ năng vận hành, doanh nghiệp ngày càng cần nhân sự có khả năng lập trình, tích hợp và bảo trì hệ thống tự động hóa. Thực tế này đặt ra yêu cầu cấp thiết về đào tạo, nhất là việc gắn chương trình học với nhu cầu sử dụng nhân lực tại doanh nghiệp.
master