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
Ardingly College và MB Bank ra mắt giải pháp tài chính - giáo dục “World Ready” tại Việt Nam

Ardingly College và MB Bank ra mắt giải pháp tài chính - giáo dục “World Ready” tại Việt Nam

Giải pháp liên kết giữa giáo dục và tài chính được kỳ vọng hỗ trợ phụ huynh chủ động hoạch định chi phí học tập quốc tế dài hạn, đồng thời bảo toàn nguồn vốn đầu tư giáo dục cho con em trong bối cảnh chi phí đào tạo toàn cầu liên tục gia tăng.
VSSPE 2026: Trường hè Điện tử công suất trở lại với chủ đề nóng về xe điện và robot

VSSPE 2026: Trường hè Điện tử công suất trở lại với chủ đề nóng về xe điện và robot

Tiếp nối thành công của Trường hè Điện tử công suất Việt Nam lần thứ nhất năm 2024, Trường hè Điện tử công suất Việt Nam 2026 (Vietnam Summer School of Power Electronics 2026 - VSSPE 2026) sẽ chính thức diễn ra từ ngày 26 đến 28/8/2026 tại Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh với chủ đề: “Điện tử công suất trong Điện hóa giao thông và Robot”.
Bổ nhiệm ông Lê Mạnh Cường làm Tổng Giám đốc Petrovietnam

Bổ nhiệm ông Lê Mạnh Cường làm Tổng Giám đốc Petrovietnam

Hội đồng Thành viên Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) vừa có quyết định bổ nhiệm ông Lê Mạnh Cường, Thành viên Hội đồng Thành viên, nguyên Phó Tổng Giám đốc Petrovietnam làm Tổng Giám đốc Petrovietnam.
Nhận định phiên giao dịch ngày 20/5: Tận dụng nhịp rung lắc để mua

Nhận định phiên giao dịch ngày 20/5: Tận dụng nhịp rung lắc để mua

Sau nhịp điều chỉnh mạnh khiến VN-Index lùi về sát mốc 1.900 điểm, các công ty chứng khoán cho rằng thị trường có thể tiếp tục rung lắc và tích lũy trong ngắn hạn trước khi quay lại xu hướng tăng. Trong bối cảnh đó, nhà đầu tư được khuyến nghị tận dụng các nhịp điều chỉnh để gia tăng tỷ trọng ở những cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt và xu hướng tăng giá tích cực.
Dürr ra mắt robot sơn mới tối ưu cho dây chuyền sơn ô tô

Dürr ra mắt robot sơn mới tối ưu cho dây chuyền sơn ô tô

Dürr vừa giới thiệu thế hệ robot sơn mới EcoRP4 dành cho dây chuyền sơn thân xe ô tô, với thiết kế tay robot bất đối xứng nhằm cải thiện khả năng tiếp cận các khu vực khó thao tác bên trong thân xe.
PVOIL B2B nhận Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Dầu khí Việt Nam

PVOIL B2B nhận Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Dầu khí Việt Nam

Công trình “PVOIL B2B - Giải pháp nền tảng số nâng cao hiệu quả quản lý, giao nhận và kiểm soát giao dịch trong chuỗi cung ứng bán buôn xăng dầu” của PVOIL vừa được Petrovietnam trao tặng Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Dầu khí Việt Nam. Đây được xem là dấu mốc ghi nhận những nỗ lực đổi mới sáng tạo, ứng dụng công nghệ và chuyển đổi số của doanh nghiệp trong lĩnh vực kinh doanh xăng dầu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/5/2026: Tuổi Hợi gặp gỡ quý nhân, tuổi Tý nhiều rắc rối

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/5/2026: Tuổi Hợi gặp gỡ quý nhân, tuổi Tý nhiều 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 20/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Điều gì xảy ra nếu một tổ chức có thể sử dụng đến hơn 40 công cụ an ninh mạng?

Điều gì xảy ra nếu một tổ chức có thể sử dụng đến hơn 40 công cụ an ninh mạng?

Tại Hội nghị Accelerate APAC diễn ra ở Hà Nội, vào ngày 19/5, chuyên gia của Fortinet cho biết, nhiều tổ chức sử dụng đến hơn 40 công cụ an ninh mạng khác nhau. Điều này không những giảm hiệu quả bảo mật, ứng phó sự cố mà còn làm tình hình phức tạp hơn.
Trong nhà máy thông minh, giá trị không nằm ở cánh tay robot mà khả năng biến dữ liệu thành quyết định theo thời gian thực

Trong nhà máy thông minh, giá trị không nằm ở cánh tay robot mà khả năng biến dữ liệu thành quyết định theo thời gian thực

Nhiều doanh nghiệp Việt Nam trong giai đoạn chuyển đổi số, xây dựng hệ thống ERP, dữ liệu lớn và tự động hóa cơ bản đã tích hợp Trí tuệ nhân tạo (AI ) vào các khâu vận hành, tiến tới sản xuất thông minh.
BSR nhận bằng khen với công trình nghiên cứu nhiên liệu phục vụ quốc phòng - an ninh

BSR nhận bằng khen với công trình nghiên cứu nhiên liệu phục vụ quốc phòng - an ninh

Trong khuôn khổ Hội nghị “Khoa học, Công nghệ, Đổi mới sáng tạo và Chuyển đổi số - Động lực để Petrovietnam phát triển bền vững” diễn ra ngày 15/5 tại Đà Nẵng, Petrovietnam đã tổ chức lễ tuyên dương, khen thưởng các tác giả và nhóm tác giả đạt Giải thưởng Khoa học và Công nghệ Dầu khí Việt Nam năm 2026.
vn-web
song-gia-tri