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
Không chỉ đi xa và chạy khỏe, Yadea GT80 còn là một thiết bị IoT thực thụ

Không chỉ đi xa và chạy khỏe, Yadea GT80 còn là một thiết bị IoT thực thụ

Yadea vừa chính thức giới thiệu mẫu xe điện GT80 tại thị trường Thái Lan, đánh dấu sự xuất hiện đầu tiên của dòng xe hiệu suất cao này tại khu vực Đông Nam Á.
Bài toán tạo dựng giá trị bền vững cho xã hội

Bài toán tạo dựng giá trị bền vững cho xã hội

Những công trình mới vươn lên có thể làm thay đổi đường chân trời, nhưng chỉ những giá trị được bồi đắp cho con người như sinh kế bền vững, năng lực cộng đồng được nâng cao, môi trường được gìn giữ… mới làm thay đổi tương lai của một vùng đất. Khi Sun Group mở rộng từ du lịch sang hàng không, đô thị, văn hóa và thể thao, vấn đề đáng quan tâm không chỉ là quy mô đầu tư lớn đến đâu, mà là mỗi dự án sẽ để lại gì sau ánh hào quang?
Cụ thể hóa Nghị quyết 57: Thử nghiệm có kiểm soát, mở đường phát triển kinh tế không gian tầm thấp

Cụ thể hóa Nghị quyết 57: Thử nghiệm có kiểm soát, mở đường phát triển kinh tế không gian tầm thấp

Việc Điện Biên triển khai thử nghiệm có kiểm soát (sandbox) các sản phẩm, dịch vụ ứng dụng công nghệ số phát triển kinh tế tầm thấp sử dụng phương tiện bay không người lái không chỉ mở ra các mô hình ứng dụng mới tại địa phương, mà còn được kỳ vọng cung cấp dữ liệu thực tiễn để hoàn thiện chính sách, từng bước hình thành hệ sinh thái kinh tế không gian tầm thấp tại Việt Nam.
Từ giảng đường đến phòng lab: IUH tăng tốc đào tạo nhân lực vi mạch - bán dẫn

Từ giảng đường đến phòng lab: IUH tăng tốc đào tạo nhân lực vi mạch - bán dẫn

Không chỉ dừng ở ký kết hợp tác, chương trình giữa Khoa Công nghệ Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp TP.Hồ Chí Minh (IUH) và Công ty Cổ phần Công nghệ CTW (CTW Technology) đang mở thêm hướng tiếp cận thực chất cho đào tạo vi mạch - bán dẫn: đưa thiết bị, quy trình thiết kế và công nghệ thực tế từ doanh nghiệp vào môi trường đào tạo.
Tôn vinh doanh nhân tiêu biểu, lan tỏa khát vọng vươn lên của doanh nghiệp Việt

Tôn vinh doanh nhân tiêu biểu, lan tỏa khát vọng vươn lên của doanh nghiệp Việt

Liên đoàn Thương mại và Công nghiệp Việt Nam (VCCI) phát động Chương trình xét tôn vinh và trao tặng danh hiệu “Doanh nhân Việt Nam tiêu biểu - Cúp Thánh Gióng” năm 2026, dự kiến lựa chọn khoảng 100 doanh nhân tiêu biểu trên cả nước.
Kiến tạo cửa ngõ kết nối Việt Nam với dòng vốn toàn cầu

Kiến tạo cửa ngõ kết nối Việt Nam với dòng vốn toàn cầu

Ngày 11/8/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, Hội nghị Xúc tiến đầu tư vào Trung tâm Tài chính Quốc tế Việt Nam với chủ đề “Kiến tạo cửa ngõ kết nối Việt Nam với dòng vốn toàn cầu” đã diễn ra với sự tham dự của hơn 250 đại biểu trong nước và quốc tế. Hội nghị đánh dấu cột mốc chiến lược quan trọng, mở ra không gian hợp tác đột phá và thu hút các dòng vốn lớn vào trung tâm tài chính.
Triển lãm Humanoid mùa 9: “Lữ Thanh” - Lưu giữ những thanh âm Hà Nội qua lăng kính của người trẻ

Triển lãm Humanoid mùa 9: “Lữ Thanh” - Lưu giữ những thanh âm Hà Nội qua lăng kính của người trẻ

Vừa qua, triển lãm ảnh Humanoid mùa 9 với chủ đề “Lữ Thanh” đã diễn ra tại Common room, COMPLEX 01, Hà Nội, thu hút đông đảo khách tham quan đến thưởng lãm và trải nghiệm.
Thị trường chứng khoán ngày 11/8: Áp lực bán xuất hiện cuối phiên, VN Index lại hụt hơi trước vùng 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 11/8: Áp lực bán xuất hiện cuối phiên, VN Index lại hụt hơi trước vùng 1.800 điểm

VN Index giảm nhẹ 3,36 điểm sau khi không giữ được sắc xanh đầu ngày. Thanh khoản tiếp tục co lại cho thấy dòng tiền đang thận trọng khi chỉ số bước vào giai đoạn tích lũy ngay dưới vùng kháng cự 1.800 điểm.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/8/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/8/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng tài chính

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 12/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Từ đồ án AI đến bài toán nhà máy: Một thế hệ kỹ sư tự động hóa đang được hình thành

Từ đồ án AI đến bài toán nhà máy: Một thế hệ kỹ sư tự động hóa đang được hình thành

Tại HUTECH Techshow 2026, những cánh tay robot tự hành, hệ thống đóng gói có khả năng nhận diện sản phẩm lỗi bằng AI cho thấy trí tuệ nhân tạo đang dịch chuyển từ một công nghệ bổ trợ thành một thành phần ngày càng quan trọng trong các hệ thống tự động hóa.
song-gia-tri