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
NCMR Nhà máy lọc dầu Dung Quất: Đồng bộ quản trị, công nghệ và tiến độ

NCMR Nhà máy lọc dầu Dung Quất: Đồng bộ quản trị, công nghệ và tiến độ

Dự án Nâng cấp, mở rộng Nhà máy lọc dầu Dung Quất (NCMR NMLD Dung Quất) đã chính thức bước vào giai đoạn triển khai Hợp đồng EPC sau cuộc họp khởi động giữa Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR), Liên danh Tư vấn Quản lý Dự án WOOD - PVE và Liên danh Nhà thầu EPC Chengda - BPE.
Bất động sản thế chấp vẫn là "trụ cột" tại nhiều ngân hàng

Bất động sản thế chấp vẫn là "trụ cột" tại nhiều ngân hàng

Báo cáo tài chính hợp nhất soát xét 6 tháng đầu năm 2026 tại nhiều ngân hàng cho thấy, bất động sản thế chấp vẫn là tài sản chủ yếu, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn cho các khoản cấp tín dụng.
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm: Giáo dục phải tạo đột phá về nguồn nhân lực công nghệ

Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm: Giáo dục phải tạo đột phá về nguồn nhân lực công nghệ

Trong bối cảnh khoa học công nghệ, trí tuệ nhân tạo và chuyển đổi số đang làm thay đổi sâu sắc yêu cầu về nguồn nhân lực, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm nhấn mạnh ngành giáo dục phải tạo một cuộc đổi mới thực chất từ bên trong.
Thị trường chứng khoán ngày 25/8: VN-Index nối dài mạch tăng, nhưng độ rộng thị trường kém tích cực

Thị trường chứng khoán ngày 25/8: VN-Index nối dài mạch tăng, nhưng độ rộng thị trường kém tích cực

VN-Index tiếp tục tăng phiên thứ tư liên tiếp trong ngày 25/8, song đà tăng suy yếu đáng kể về cuối phiên khi áp lực bán lan rộng. Chỉ số có thời điểm vượt mốc 1.800 điểm nhờ VIC dẫn dắt, nhưng không duy trì được ngưỡng này.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/8/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Dần cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/8/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Dần 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 26/8/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
GS.VS. Châu Văn Minh: Đại hội IX sẽ tạo thêm không gian để trí thức cống hiến

GS.VS. Châu Văn Minh: Đại hội IX sẽ tạo thêm không gian để trí thức cống hiến

GS.VS. Châu Văn Minh kỳ vọng Đại hội IX mở ra không gian cởi mở hơn, kết nối nguồn lực trí thức và tạo thêm cơ hội để các chuyên gia cống hiến cho đất nước.
Công ty Cổ phần Thương mại và Đầu tư Bảo Lâm tuyển dụng kỹ sư Tự động hoá

Công ty Cổ phần Thương mại và Đầu tư Bảo Lâm tuyển dụng kỹ sư Tự động hoá

Công ty Cổ phần Thương mại và Đầu tư Bảo Lâm là đơn vị có kinh nghiệm hoạt động trên 15 năm trong lĩnh vực kinh doanh thiết bị công nghiệp cho các nhà máy công nghiệp nặng tại Việt Nam với nhiều lĩnh vực khác nhau: Điện, dầu khí, xi măng,…. Hiện tại đang cần tuyển dụng vị trí kỹ sư kỹ thuật cho hệ thống Relay, Kích từ, Điều tốc, DCS.
Ngành sản xuất hóa chất: Con đường hướng tới hoạt động an toàn và bền vững hơn

Ngành sản xuất hóa chất: Con đường hướng tới hoạt động an toàn và bền vững hơn

Một nhà máy hóa chất có thể vận hành ổn định trong nhiều năm, nhưng chỉ một cuộc tấn công mạng nhằm vào hệ thống điều khiển cũng đủ biến một quy trình sản xuất bình thường thành nguy cơ mất an toàn nghiêm trọng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/8: Nắm giữ danh mục, hạn chế mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/8: Nắm giữ danh mục, hạn chế mua đuổi

VN-Index tiếp tục duy trì đà tăng trong phiên giao dịch ngày 24/8, qua đó củng cố xu hướng tích cực của thị trường. Tuy nhiên, việc chỉ số tiến sát vùng kháng cự 1.800 điểm cùng sự phụ thuộc đáng kể vào một số cổ phiếu vốn hóa lớn khiến nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì danh mục và hạn chế mua đuổi.
Dược Hậu Giang - doanh nghiệp dược lớn nhất Việt Nam sắp chi hơn 650 tỷ đồng trả cổ tức đợt cuối năm 2025

Dược Hậu Giang - doanh nghiệp dược lớn nhất Việt Nam sắp chi hơn 650 tỷ đồng trả cổ tức đợt cuối năm 2025

Dược Hậu Giang (DHG) chuẩn bị chốt danh sách cổ đông để thực hiện chi trả cổ tức bằng tiền mặt đợt cuối với tỷ lệ 50%, tương ứng tổng số tiền chi trả hơn 653 tỷ đồng.