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

vcca2026
Tin bài khác
Ba yếu tố quyết định thành công của mạng công nghiệp thời AI

Ba yếu tố quyết định thành công của mạng công nghiệp thời AI

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra cuộc chuyển đổi sâu rộng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, phía sau những dây chuyền tự động hóa hiện đại hay các hệ thống điều khiển thông minh là một yếu tố mang tính quyết định: hạ tầng mạng công nghiệp. Nếu mạng lưới không đủ mạnh, tham vọng AI trong nhà máy có thể nhanh chóng bị đình trệ.
KHCN trong nông nghiệp: Chuyển từ tư duy

KHCN trong nông nghiệp: Chuyển từ tư duy 'làm đề tài' sang 'tạo sản phẩm'

Khi nông nghiệp Việt Nam bước vào giai đoạn phát triển xanh, giảm phát thải và cạnh tranh bằng chất lượng thay vì sản lượng, khoa học công nghệ (KHCN) đang đứng trước yêu cầu đổi mới mạnh mẽ. Không chỉ dừng ở nghiên cứu hàn lâm hay hoàn thành các đề tài nghiệm thu, KHCN phải tạo ra sản phẩm cụ thể, có khả năng thương mại hóa và giải quyết trực tiếp bài toán của doanh nghiệp, người dân và thị trường.
Muốn có công nghệ lõi, nghiên cứu cơ bản phải được nuôi dưỡng trong một hệ sinh thái đổi mới hoàn chỉnh

Muốn có công nghệ lõi, nghiên cứu cơ bản phải được nuôi dưỡng trong một hệ sinh thái đổi mới hoàn chỉnh

Những chỉ đạo mới đây của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm về phát triển khoa học công nghệ tiếp tục khẳng định vai trò nền tảng của nghiên cứu cơ bản đối với việc hình thành công nghệ lõi. Theo TS. Đỗ Nguyên Hưng - Tổng Thư ký Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA), nghiên cứu cơ bản sẽ khó tạo ra những đột phá nếu tồn tại một cách biệt lập. Điều quan trọng là phải xây dựng được một hệ sinh thái đổi mới sáng tạo hoàn chỉnh, nơi Nhà nước kiến tạo cơ chế, doanh nghiệp đặt bài toán thực tiễn, viện trường cung cấp tri thức và hội nghề nghiệp đóng vai trò kết nối.
Đại học Công nghiệp Hà Nội bổ nhiệm Giám đốc mới

Đại học Công nghiệp Hà Nội bổ nhiệm Giám đốc mới

PGS.TS. Kiều Xuân Thực vừa được Bộ Công Thương bổ nhiệm giữ chức Giám đốc Đại học Công nghiệp Hà Nội, trở thành người đứng đầu đầu tiên của nhà trường sau khi chuyển đổi từ mô hình trường đại học sang đại học và thực hiện chủ trương "nhất thể hóa" trong quản trị đại học.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: LPBank vào Top 10 ĐHĐCĐ tiêu biểu 2026

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: LPBank vào Top 10 ĐHĐCĐ tiêu biểu 2026

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: Sacombank thu giữ 507 bất động sản của LDG vì nợ xấu; LPBank vào Top 10 ĐHĐCĐ tiêu biểu 2026; BIDV gây chú ý với đợt tuyển dụng giới hạn tuổi dưới 24...
Robot Figure 03 gây chấn động

Robot Figure 03 gây chấn động

Một robot có thể làm việc liên tục hơn 3 giờ, xử lý trung bình một kiện hàng chỉ trong chưa đầy 3 giây và duy trì tổng thời gian vận hành lên tới 200 giờ. Những con số từng xuất hiện trong phim khoa học viễn tưởng giờ đang bắt đầu xuất hiện trong các nhà kho thực tế.
Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) tham gia vào dự án nông nghiệp xanh tại Cần Thơ

Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) tham gia vào dự án nông nghiệp xanh tại Cần Thơ

Tự động hóa, AI, IoT và dữ liệu đang từng bước trở thành hạ tầng công nghệ nền tảng cho nông nghiệp xanh, mở ra cơ hội tái cấu trúc chuỗi giá trị nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long theo hướng hiệu quả và bền vững hơn.
Techpal Group khánh thành dự án thu mua, chế biến nông sản công nghệ cao tại Cần Thơ

Techpal Group khánh thành dự án thu mua, chế biến nông sản công nghệ cao tại Cần Thơ

Dự án thu mua, chế biến và bảo quản nông sản kết hợp chăn nuôi ứng dụng chuyển đổi số công nghệ cao của Techpal Group được kỳ vọng góp phần nâng cao giá trị nông sản địa phương và thúc đẩy phát triển nông nghiệp bền vững tại Đồng bằng sông Cửu Long.
Kết nối công nghệ với thị trường thúc đẩy chuyển đổi xanh nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long

Kết nối công nghệ với thị trường thúc đẩy chuyển đổi xanh nông nghiệp Đồng bằng sông Cửu Long

Hội thảo tại Cần Thơ quy tụ cơ quan quản lý, chuyên gia, viện trường và doanh nghiệp cùng tìm lời giải cho bài toán phát triển nông nghiệp xanh, phát thải thấp và nâng cao giá trị chuỗi sản xuất.
Vinamilk mang câu chuyện 50 năm đến triển lãm chuyên ngành sữa lớn nhất Việt Nam

Vinamilk mang câu chuyện 50 năm đến triển lãm chuyên ngành sữa lớn nhất Việt Nam

Không chỉ là không gian trưng bày sản phẩm, gian hàng Vinamilk tại chuỗi triển lãm chuyên ngành sữa – kem – trà sữa và thức uống hiện đại năm 2026 thu hút đông đảo khách tham quan, khi biến hành trình 50 năm phát triển thành trải nghiệm đa giác quan, nơi người tiêu dùng có thể trực tiếp “chạm” vào câu chuyện thương hiệu.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc