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

ar
Tin bài khác
Đấu giá tên miền .vn chạm mốc 1,5 tỷ đồng, mở ra “cuộc chơi” tài nguyên số

Đấu giá tên miền .vn chạm mốc 1,5 tỷ đồng, mở ra “cuộc chơi” tài nguyên số

Lần đầu tiên Việt Nam tổ chức đấu giá quyền sử dụng tên miền quốc gia .vn đã ghi nhận mức giá kỷ lục lên tới 1,5 tỷ đồng, điều này cho thấy giá trị ngày càng gia tăng của tài nguyên số. Cùng với đó, nhiều chính sách mới về Internet vệ tinh và sở hữu trí tuệ cũng đang định hình lại không gian số theo hướng minh bạch, cạnh tranh và thích ứng với công nghệ mới.
Bia Hạ Long thông báo tuyển dụng nhân sự

Bia Hạ Long thông báo tuyển dụng nhân sự

Nhằm đáp ứng nhu cầu mở rộng sản xuất và nâng cao chất lượng nguồn nhân lực, Công ty Cổ phần Bia và Nước giải khát Hạ Long hiện đang tuyển dụng nhiều vị trí việc làm dành cho sinh viên tốt nghiệp và người lao động có chuyên môn trong lĩnh vực hóa học, công nghệ thực phẩm và các ngành liên quan. Đây là cơ hội để các ứng viên làm việc trong môi trường chuyên nghiệp, năng động và có chế độ đãi ngộ hấp dẫn.
Những nền tảng mới cho ngành công nghiệp bền vững

Những nền tảng mới cho ngành công nghiệp bền vững

Trong nhiều năm qua, Internet vạn vật (IoT) được kỳ vọng sẽ tạo ra bước ngoặt trong hoạt động công nghiệp. Ý tưởng cốt lõi rất rõ ràng: khi máy móc, cảm biến và hệ thống được kết nối, doanh nghiệp có thể thu thập dữ liệu toàn diện và hiểu sâu hơn về hiệu suất vận hành. Tuy nhiên, thực tế cho thấy chỉ riêng khả năng kết nối chưa đủ để tạo ra những đột phá mà ngành công nghiệp mong đợi.
Xe điện góp phần đẩy tiêu thụ điện vượt mốc 1 tỷ kWh/ngày

Xe điện góp phần đẩy tiêu thụ điện vượt mốc 1 tỷ kWh/ngày

Không chỉ do nắng nóng hay phục hồi kinh tế, xu hướng chuyển dịch sang xe điện đang góp phần làm gia tăng nhanh nhu cầu điện, đặc biệt vào các khung giờ cao điểm.
Sửa quy chuẩn kỹ thuật về nhà chung cư để hướng dẫn thiết kế trạm sạc trước 30/4

Sửa quy chuẩn kỹ thuật về nhà chung cư để hướng dẫn thiết kế trạm sạc trước 30/4

Đồng thời, gỡ vướng cấp phép xây dựng, cải tạo trạm sạc xe điện, đổi pin điện, tại các tòa chung cư. Đó là yêu cầu trong công điện về xây mới, cải tạo trạm sạc, đổi pin xe điện do Thủ tướng Phạm Minh Chính ban hành ngày 31/3.
HMI tích hợp PLC hiệu năng mạnh mẽ cho nhiều ngành công nghiệp

HMI tích hợp PLC hiệu năng mạnh mẽ cho nhiều ngành công nghiệp

Màn hình HMI Pro-face là dòng thiết bị có khả năng kết nối rộng rãi, thiết lập dễ dàng, hiệu năng mạnh mẽ và tích hợp CNTT/OT liền mạch. Ngoài ra, sự kết hợp giữa HMI và PLC tạo nên giải pháp đơn giản hóa.
Việt Nam tăng cường xây dựng kho dự trữ quốc gia dầu thô

Việt Nam tăng cường xây dựng kho dự trữ quốc gia dầu thô

Ngày 1/4, Thường trực Chính phủ họp về dự án xây dựng kho dự trữ quốc gia dầu thô tại Nghi Sơn, Thanh Hóa. Thủ tướng Phạm Minh Chính khẳng định đã có đầy đủ cơ sở chính trị, pháp lý để tiến hành.
Trao Kỷ niệm chương “Vì sự nghiệp Giáo dục” cho Đại sứ đặc mệnh toàn quyền Liên bang Nga

Trao Kỷ niệm chương “Vì sự nghiệp Giáo dục” cho Đại sứ đặc mệnh toàn quyền Liên bang Nga

Ngày 1/4, tại trụ sở Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT), Quyền Bộ trưởng Hoàng Minh Sơn đã trao Kỷ niệm chương “Vì sự nghiệp Giáo dục” cho ngài Bezdetko Gennady Stepanovich, Đại sứ đặc mệnh toàn quyền Liên bang Nga và ông Fokin Stanislav, Tham tán Đại sứ quán Liên bang Nga tại Việt Nam.
Công ty chứng khoán của MBBank phát hành lô trái phiếu đầu tiên trong năm 2026

Công ty chứng khoán của MBBank phát hành lô trái phiếu đầu tiên trong năm 2026

CTCP Chứng khoán MB (MBS) thuộc hệ sinh thái Ngân hàng MB (MBBank, mã: MBB sở hữu 66,76% vốn) vừa huy động thành công lô trái phiếu trị giá 970 tỷ đồng nhằm cơ cấu lại nợ.
Thị trường chứng khoán ngày 02/04: VN Index điều chỉnh nhưng chưa “gãy” nhịp hồi

Thị trường chứng khoán ngày 02/04: VN Index điều chỉnh nhưng chưa “gãy” nhịp hồi

Mở cửa trong sắc xanh nhưng thị trường nhanh chóng đảo chiều khi những lo ngại mới từ Trung Đông khiến chứng khoán toàn cầu rung lắc trở lại. VN Index mất hơn 8 điểm, song lực bán không hoảng loạn và cú rút chân cuối phiên vẫn để lại hy vọng cho mục tiêu hồi phục về vùng 1.740 điểm.
song-gia-tri