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
Làm thế nào để nâng cao độ tin cậy của hệ thống điều khiển?

Làm thế nào để nâng cao độ tin cậy của hệ thống điều khiển?

Trong các nhà máy hiện đại, độ tin cậy của hệ thống điều khiển có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, chất lượng sản phẩm và thời gian vận hành. Với những quy trình liên tục hoặc theo mẻ có giá trị sản phẩm cao, một sự cố nhỏ ở bộ điều khiển, nguồn điện, cảm biến hay mạng truyền thông cũng có thể dẫn tới gián đoạn sản xuất đáng kể. Vì vậy, nâng cao độ tin cậy cần được xem xét ngay từ khâu thiết kế thay vì chỉ xử lý khi sự cố xảy ra.
Tín dụng kinh doanh bất động sản nhiều ngân hàng tăng trưởng hai chữ số

Tín dụng kinh doanh bất động sản nhiều ngân hàng tăng trưởng hai chữ số

Hoạt động cho vay kinh doanh bất động sản tại nhiều ngân hàng vẫn tiếp tục tăng trưởng hai chữ số trong 6 tháng đầu năm 2026.
50 năm Vinamilk: Hành trình không ngừng nâng chuẩn

50 năm Vinamilk: Hành trình không ngừng nâng chuẩn

Nhìn lại 50 năm qua bộ phim tài liệu “50 năm Vinamilk - Không ngừng nâng chuẩn, làm đến tận cùng”, hành trình Vinamilk hiện lên không chỉ qua những cột mốc tăng trưởng, mà qua những lần doanh nghiệp tự đặt cho mình một chuẩn mực cao hơn: từ làm chủ công nghệ, kiểm soát chất lượng trên toàn chuỗi đến trách nhiệm với cộng đồng và thế hệ tương lai. “Không ngừng nâng chuẩn”, theo cách đó, không chỉ là câu chuyện về chất lượng sản phẩm, mà còn là cách một doanh nghiệp lựa chọn để trưởng thành.
Thị trường chứng khoán ngày 23/9: Khối ngoại “xả” hơn 1 nghìn tỷ đồng, VN Index lùi sát mốc 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 23/9: Khối ngoại “xả” hơn 1 nghìn tỷ đồng, VN Index lùi sát mốc 1.800 điểm

Trong phiên sáng, nhóm ngân hàng còn đưa VN Index tiến sát 1.820 điểm, nhưng đến cuối ngày thị trường bất ngờ quay đầu giảm hơn 15 điểm. VIC gây áp lực lớn khi lấy đi hơn 12 điểm và khối ngoại bán ròng hơn 1 nghìn tỷ đồng đã tạo áp lực lớn đến chỉ số chung.
Ông Bùi Hoàng Phương làm Chủ tịch UBND tỉnh Quảng Trị

Ông Bùi Hoàng Phương làm Chủ tịch UBND tỉnh Quảng Trị

Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Bùi Hoàng Phương được Bộ Chính trị điều động, chỉ định giữ chức Phó bí thư Tỉnh ủy và được bầu làm Chủ tịch UBND tỉnh Quảng Trị.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/9/2026: Tuổi Tỵ vận trình hanh thông, tuổi Tuất nên thận trọng quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/9/2026: Tuổi Tỵ vận trình hanh thông, tuổi Tuất nên thận trọng quyết định

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 24/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
VinSpeed và Siemens Mobility ký hợp đồng 1 tỷ Euro phát triển đường sắt cao tốc

VinSpeed và Siemens Mobility ký hợp đồng 1 tỷ Euro phát triển đường sắt cao tốc

Hợp đồng trọn gói trị giá lên tới 1 tỷ Euro giữa VinSpeed và Siemens Mobility bao gồm cung cấp 10 đoàn tàu Velaro Novo cùng hệ thống tín hiệu, điện khí hóa cho hai tuyến Hà Nội - Quảng Ninh và Bến Thành - Cần Giờ.
Chuyển đổi số trong phổ biến kiến thức: Từ số hóa tài liệu đến kiến trúc tri thức

Chuyển đổi số trong phổ biến kiến thức: Từ số hóa tài liệu đến kiến trúc tri thức

Khi trí tuệ nhân tạo (AI) có thể tìm kiếm, tổng hợp và diễn giải thông tin gần như tức thời, hoạt động phổ biến kiến thức khoa học và công nghệ đang đứng trước yêu cầu thay đổi cả về tư duy lẫn phương thức triển khai.
Robot hình người: Bài toán an toàn không thể chỉ dựa vào AI

Robot hình người: Bài toán an toàn không thể chỉ dựa vào AI

Nvidia vừa công bố Halos for Robotics, hệ thống an toàn được hãng giới thiệu dành cho trí tuệ nhân tạo vật lý và robot. Giải pháp đưa các công nghệ an toàn từ lĩnh vực xe tự hành sang robot, kết hợp máy tính, cảm biến, phần mềm và phòng thí nghiệm kiểm thử nhằm hỗ trợ các nhà sản xuất chuẩn bị cho quá trình chứng nhận độc lập. Agility Robotics là doanh nghiệp đầu tiên tích hợp hệ thống này vào robot hình người Digit.
Không lo tốn điện với loạt xe máy điện bình dân tích hợp công nghệ thông minh

Không lo tốn điện với loạt xe máy điện bình dân tích hợp công nghệ thông minh

Phân khúc phương tiện di chuyển vi mô (micro-mobility) tại thị trường Việt Nam đang chứng kiến sự bùng nổ của các dòng xe máy điện phổ thông dưới 20 triệu đồng.