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

nam-moi
Tin bài khác
Từ lớp học đến hệ sinh thái: Cách một mô hình giáo dục Robotics đi trước xu hướng

Từ lớp học đến hệ sinh thái: Cách một mô hình giáo dục Robotics đi trước xu hướng

Không chỉ dừng ở đào tạo robotics trong nhà trường, ROBOHUB Vietnam đang từng bước định vị mình như một “hub” kết nối học sinh, giáo viên và cộng đồng robotics. Từ những lớp học đầu tiên năm 2019 đến các sân chơi và cuộc thi quốc tế, doanh nghiệp theo đuổi mục tiêu dài hạn: xây nền tảng vững chắc cho hệ sinh thái robotics giáo dục tại Việt Nam.
Từ công trường Xuân đến khát vọng tổng thầu năng lượng quốc gia

Từ công trường Xuân đến khát vọng tổng thầu năng lượng quốc gia

Khi đất nước bước vào mùa Xuân mới với nhiều kỳ vọng về một chu kỳ tăng trưởng năng lượng bền vững, trên những công trường ngoài khơi và bãi chế tạo, đội ngũ kỹ sư, công nhân của Tổng công ty Cổ phần Dịch vụ Kỹ thuật Dầu khí Việt Nam (PTSC) vẫn miệt mài lao động. Từ các dự án dầu khí trọng điểm đến điện gió ngoài khơi, hành trình làm chủ chuỗi dịch vụ EPCI đang từng bước định hình vai trò tổng thầu năng lượng của doanh nghiệp Việt Nam.
Hà Nội miễn phí tham quan 17 di tích nổi tiếng dịp đầu xuân Bính Ngọ 2026

Hà Nội miễn phí tham quan 17 di tích nổi tiếng dịp đầu xuân Bính Ngọ 2026

Nhằm đáp ứng nhu cầu du xuân của người dân và du khách, Hà Nội tiếp tục miễn phí tham quan 17 di tích, danh thắng và công trình văn hóa từ ngày 20 đến hết 22/2 (mùng 4-6 tháng Giêng năm Bính Ngọ). Chính sách này không chỉ tạo điều kiện để người dân vui chơi trọn vẹn kỳ nghỉ Tết mà còn góp phần kích cầu, gia tăng sức hút cho du lịch Thủ đô trong những ngày đầu năm mới.
BSR giữ lửa dòng chảy năng lượng Xuân

BSR giữ lửa dòng chảy năng lượng Xuân

Giữa thời khắc thiêng liêng của ngày đầu năm mới, khi nhiều gia đình sum vầy bên mâm cơm Tết, tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, hàng trăm kỹ sư, công nhân vẫn lặng lẽ bám ca, theo dõi từng thông số vận hành. Không pháo hoa, không tiệc xuân, nhưng nơi đây rực sáng tinh thần trách nhiệm và niềm tự hào của những người giữ mạch năng lượng quốc gia.
ETEK - Hành trình 20 năm khẳng định vị thế tiên phong trên thị trường công nghệ tự động hóa

ETEK - Hành trình 20 năm khẳng định vị thế tiên phong trên thị trường công nghệ tự động hóa

Công ty Cổ phần Giải pháp Tự động hóa ETEK được biết tới với vai trò tiên phong trong cung cấp giải pháp tự động hóa tổng thể, cùng các giải pháp giáo dục, dân sinh hàng đầu tại Việt Nam.
CEO AI của Microsoft: Hầu hết công việc văn phòng có thể được tự động hóa trong 18 tháng tới

CEO AI của Microsoft: Hầu hết công việc văn phòng có thể được tự động hóa trong 18 tháng tới

Hầu như toàn bộ công việc của nhân viên văn phòng có thể được tự động hóa bằng trí tuệ nhân tạo trong vòng một năm rưỡi tới, theo nhận định của ông Mustafa Suleyman, Giám đốc điều hành bộ phận AI của Microsoft, trong cuộc phỏng vấn với Financial Times.
Lễ mừng lúa mới của người Gié Triêng - Bản giao hưởng giữa đại ngàn

Lễ mừng lúa mới của người Gié Triêng - Bản giao hưởng giữa đại ngàn

Trở lại làng Đăk Răng, xã Dục Nông, tỉnh Quảng Ngãi vào những ngày cuối năm, khi cái se lạnh của mùa khô bắt đầu len lỏi qua những cánh rừng, chúng tôi may mắn được hòa mình vào không khí linh thiêng và rộn ràng của Lễ mừng lúa mới. Đây là ngày hội lớn nhất, kết tinh những giá trị văn hóa, tín ngưỡng và tinh thần đoàn kết của người Gié Triêng sau một năm lao động miệt mài.
Khoa học - Công nghệ với sứ mệnh trụ cột tăng trưởng của đất nước

Khoa học - Công nghệ với sứ mệnh trụ cột tăng trưởng của đất nước

Sau thành công rực rỡ của Đại hội XIV của Đảng, hòa trong khí thế "Không để một ngày lãng phí, một tuần chậm trễ", khoa học - công nghệ sẽ phải chuyển mình để không lỡ nhịp chuyến tàu lịch sử, dấn thân vào công cuộc xác lập "chủ quyền công nghệ"để trở thành trụ cột kiến tạo cho sự phát triển bền vững và khẳng định chủ quyền của đất nước.
Hợp tác tự động hóa cho các nhà máy thủy điện tại Việt Nam

Hợp tác tự động hóa cho các nhà máy thủy điện tại Việt Nam

Valmet Oyj và Công ty TNHH Industries Equipment and Solution (IESC) đang hợp tác cung cấp và triển khai hệ thống điều khiển phân tán (DCS) cùng hệ thống điều tốc điện cho hai nhà máy thủy điện Đăklo 1 và Đăklo 3 tại tỉnh Quảng Ngãi.
Kỳ 5: Kiến tạo hệ sinh thái đổi mới

Kỳ 5: Kiến tạo hệ sinh thái đổi mới

Nhìn lại toàn bộ hành trình phân tích từ Kỳ 1 đến Kỳ 4, có thể nhận ra một thực tế không dễ chịu nhưng cần được gọi tên: Việt Nam không thiếu nghị quyết, chiến lược hay chương trình KHCN, nhưng cần một kiến trúc đổi mới thống nhất, nơi các chủ thể cùng vận hành theo một logic chung.
song-gia-tri