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

vaa
Tin bài khác
Robot di động MobEd: Nền tảng thích ứng địa hình mở đường cho thế hệ robot công nghiệp mới

Robot di động MobEd: Nền tảng thích ứng địa hình mở đường cho thế hệ robot công nghiệp mới

Tập đoàn Hyundai Motor (Hàn Quốc) vừa công bố nền tảng robot di động sản xuất hàng loạt đầu tiên của mình mang tên MobEd, viết tắt của “Mobile Eccentric Droid”. Đây được xem là bước tiến chiến lược trong tham vọng mở rộng sang lĩnh vực robot của Hyundai, với điểm nhấn là khả năng tự ổn định trên bề mặt không bằng phẳng nhờ cơ chế lệch tâm và hệ thống điều khiển tư thế tiên tiến.
Công ty An Dương ký MOU hợp tác cùng HAuA phát triển tự động hóa, số hóa

Công ty An Dương ký MOU hợp tác cùng HAuA phát triển tự động hóa, số hóa

Chiều ngày 05/12/2025, nhân dịp kỷ niệm 20 năm thành lập Công ty TNHH Kỹ thuật Tự động An Dương, Hội Tự động hóa TP. Hồ Chí Minh (HAuA) và Công ty An Dương đã chính thức ký kết Biên bản ghi nhớ hợp tác (MOU), đánh dấu bước phát triển mới trong mối quan hệ hợp tác giữa doanh nghiệp và tổ chức nghề nghiệp trong lĩnh vực tự động hóa và số hóa.
Năng lượng dẫn dắt kỷ nguyên công nghiệp hóa hiện đại

Năng lượng dẫn dắt kỷ nguyên công nghiệp hóa hiện đại

Trong định hướng chiến lược phát triển năng lượng, Việt Nam sẽ ưu tiên cao nhất để đáp ứng yêu cầu tăng trưởng của nền kinh tế liên tục trên 10% trong giai đoạn tới nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh quốc gia. Đồng thời, Việt Nam cũng thực hiện hai mục tiêu 100 năm của đất nước, tuân thủ lộ trình giảm phát thải khí để bảo vệ môi trường như cam kết với quốc tế thông qua việc phát triển đồng bộ, hợp lý và đa dạng hóa các loại hình năng lượng.
Triết lý giáo dục thời đại số: Giữ nền tảng nhân văn, hướng tới phát triển toàn diện con người

Triết lý giáo dục thời đại số: Giữ nền tảng nhân văn, hướng tới phát triển toàn diện con người

Trong bối cảnh chuyển đổi số diễn ra mạnh mẽ trên toàn cầu, giáo dục Việt Nam đứng trước yêu cầu phải đổi mới sâu rộng hơn, không chỉ về chương trình, phương pháp hay công nghệ, mà trước hết ở cấp độ nền tảng - đó là xác lập một triết lý giáo dục phù hợp với thời đại.
Tăng tốc tự động hóa trong ngành thực phẩm và đồ uống

Tăng tốc tự động hóa trong ngành thực phẩm và đồ uống

Theo báo cáo World Robotics 2025 mới nhất của Liên đoàn Robot Quốc tế (IFR), các doanh nghiệp thực phẩm và đồ uống (F&B) tại Mỹ đang đẩy mạnh ứng dụng robot công nghiệp linh hoạt, với số lượng lắp đặt tăng 21% trong năm 2024.
Nhận định phiên giao dịch ngày 15/12: Cơ cấu danh mục khi thị trường có nhịp hồi phục

Nhận định phiên giao dịch ngày 15/12: Cơ cấu danh mục khi thị trường có nhịp hồi phục

Sau nhịp giảm sâu cuối tuần trước khiến VN-Index xuyên thủng các ngưỡng hỗ trợ quan trọng, thị trường được kỳ vọng sẽ xuất hiện nhịp hồi phục kỹ thuật trong ngắn hạn. Đây được xem là thời điểm phù hợp để nhà đầu tư cân nhắc cơ cấu lại danh mục, ưu tiên các cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt và triển vọng trung – dài hạn tích cực.
ChatGPT-5.2 và Gemini 3: Trận chiến hiệu năng chưa có hồi kết

ChatGPT-5.2 và Gemini 3: Trận chiến hiệu năng chưa có hồi kết

Cuộc đua trí tuệ nhân tạo toàn cầu lại nóng lên khi OpenAI tung ra GPT-5.2, mô hình mới được xem như “nước cờ quyết liệt” nhằm chặn đà bứt tốc của Gemini 3 do Google phát triển. Hai ông lớn công nghệ lại một lần nữa bước vào màn so kè gay gắt khi kẻ trước vừa ra mắt, người sau lập tức đáp trả.
“Truyện Kiều” trở lại với diện mạo mới nhân kỷ niệm 260 năm ngày sinh Nguyễn Du

“Truyện Kiều” trở lại với diện mạo mới nhân kỷ niệm 260 năm ngày sinh Nguyễn Du

Nhân kỷ niệm 260 năm ngày sinh và 205 năm ngày mất của đại thi hào Nguyễn Du, Nhà Xuất bản Kim Đồng giới thiệu ấn bản Truyện Kiều mới với hơn 40 tranh minh họa của họa sĩ Nguyễn Công Hoan. Tác phẩm mang tới một diện mạo trẻ trung nhưng thấm đẫm tinh thần cổ điển, góp phần đưa kiệt tác văn học trung đại đến gần hơn với độc giả hôm nay.
TECHFEST Việt Nam 2025: Thủ tướng kêu gọi đột phá, dám chấp nhận rủi ro

TECHFEST Việt Nam 2025: Thủ tướng kêu gọi đột phá, dám chấp nhận rủi ro

Tối 13/12/2025, tại không gian phố đi bộ Hồ Hoàn Kiếm, Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp với UBND TP Hà Nội tổ chức Lễ khai mạc Ngày hội Khởi nghiệp sáng tạo quốc gia 2025 (TECHFEST Việt Nam 2025) với chủ đề “Khởi nghiệp sáng tạo toàn dân - Động lực tăng trưởng mới”. Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính tới dự và phát biểu chỉ đạo.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/11/2025: Tuổi Tuất thành tích tốt, tuổi Tý cần cẩn thận

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/11/2025: Tuổi Tuất thành tích tốt, tuổi Tý cần cẩn thận

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 15/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri