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

ar
Tin bài khác
Thị trường chứng khoán ngày 17/4: VN-Index đảo chiều giảm nhẹ, kết thúc chuỗi tăng 5 phiên liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 17/4: VN-Index đảo chiều giảm nhẹ, kết thúc chuỗi tăng 5 phiên liên tiếp

Dù duy trì sắc xanh trong phần lớn thời gian giao dịch, VN-Index đã đảo chiều giảm nhẹ vào cuối phiên 17/4 do áp lực từ nhóm cổ phiếu trụ. Tuy vậy, thị trường vẫn ghi nhận tuần tăng điểm thứ 4 liên tiếp với mức tăng hơn 3,8%.
Nhiều doanh nghiệp kinh doanh vàng lớn có doanh thu khủng nhưng lợi nhuận khiêm tốn

Nhiều doanh nghiệp kinh doanh vàng lớn có doanh thu khủng nhưng lợi nhuận khiêm tốn

Các "ông lớn" vàng bạc đá quý như PNJ, SJC,... dù quy mô tài sản không giống nhau, nhưng mỗi năm thu về hàng chục nghìn tỷ đồng doanh thu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/4/2026: Tuổi Dậu dễ trở nên nóng nảy, tuổi Sửu gặt hái thành quả

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/4/2026: Tuổi Dậu dễ trở nên nóng nảy, tuổi Sửu gặt hái thành quả

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 18/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Nhận định phiên giao dịch ngày 17/4: Có thể chốt lời từng phần

Nhận định phiên giao dịch ngày 17/4: Có thể chốt lời từng phần

VN-Index duy trì đà tăng nhờ lực kéo từ nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn, song độ lan tỏa thị trường chưa cải thiện và áp lực rung lắc đang gia tăng khi tiến gần vùng kháng cự. Nhà đầu tư được khuyến nghị thận trọng, có thể chốt lời từng phần và hạn chế mua đuổi.
Hệ thống AI phân tích truyền động tại chỗ, tăng bảo mật dữ liệu cho doanh nghiệp

Hệ thống AI phân tích truyền động tại chỗ, tăng bảo mật dữ liệu cho doanh nghiệp

Trong bối cảnh các doanh nghiệp ngày càng quan tâm đến vấn đề chủ quyền dữ liệu, Siemens vừa giới thiệu giải pháp mới mang tên Drivetrain Analyzer Onsite (DTA Onsite) - hệ thống phân tích hiệu suất truyền động công nghiệp ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), cho phép xử lý toàn bộ dữ liệu ngay tại chỗ thay vì đưa lên đám mây.
DJI Osmo Pocket 4 lộ “át chủ bài”: Quay 4K/240fps - tính năng hiếm thấy ở phân khúc phổ thông

DJI Osmo Pocket 4 lộ “át chủ bài”: Quay 4K/240fps - tính năng hiếm thấy ở phân khúc phổ thông

Trước thềm ra mắt ngày 16/4, DJI Osmo Pocket 4 gây chú ý khi rò rỉ khả năng quay chậm 4K/240fps - một thông số vốn chỉ xuất hiện trên các hệ thống máy quay chuyên nghiệp đắt đỏ, mở ra kỳ vọng lớn cho cộng đồng làm vlog và sáng tạo nội dung.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/4/2026: Tuổi Tý tài lộc rủng rỉnh, tuổi Thân thiếu ổn định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/4/2026: Tuổi Tý tài lộc rủng rỉnh, tuổi Thân thiếu ổn 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 17/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 16/04: Tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng” trong phiên đáo hạn phái sinh

Thị trường chứng khoán ngày 16/04: Tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng” trong phiên đáo hạn phái sinh

Phiên giao dịch khép lại với mức tăng hơn 19 điểm của VN Index, qua đó đưa chỉ số tiến sát vùng 1.820 điểm. Tuy nhiên, đằng sau sắc xanh của chỉ số là một bức tranh kém đồng thuận khi số mã giảm áp đảo, dòng tiền tiếp tục tập trung vào nhóm trụ, đặc biệt là họ Vingroup, còn phần lớn cổ phiếu midcap và nhiều nhóm ngành khác vẫn giao dịch khá ì ạch.
VAA và ETEK hợp tác đổi mới sáng tạo, thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao

VAA và ETEK hợp tác đổi mới sáng tạo, thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao

Chiều 15/4, trong khuôn khổ phát triển Hệ sinh thái doanh nghiệp VAA, lãnh đạo Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) đã có buổi thăm và làm việc với Công ty Cổ phần Giải pháp Tự động hóa ETEK (ETEK), nhằm thống nhất các chiến lược hợp tác đổi mới sáng tạo, kết nối doanh nghiệp trong lĩnh vực khoa học công nghệ, thúc đẩy đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao lĩnh vực tự động hóa.
Sử dụng VNeID để kiểm tra, xác nhận SIM chính chủ từ 15/4

Sử dụng VNeID để kiểm tra, xác nhận SIM chính chủ từ 15/4

Thông tư số 08/2026/TT-BKHCN của Bộ Khoa học và Công nghệ (Bộ KH&CN) về hướng dẫn việc xác thực thông tin thuê bao di động mặt đất, có hiệu lực từ ngày 15/4/2026. Việc xác thực thông tin thuê bao được triển khai nhằm siết chặt quản lý SIM không chính chủ - một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng tin nhắn rác, cuộc gọi rác và các hành vi lừa đảo trong thời gian qua.
song-gia-tri