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
iPhone Duo đi ngược số đông: Vì sao Apple chọn kiểu dáng như một cuốn sổ tay?

iPhone Duo đi ngược số đông: Vì sao Apple chọn kiểu dáng như một cuốn sổ tay?

Không chạy theo kiểu dáng thuôn dài quen thuộc của smartphone gập hiện nay, Apple lại chọn một tỷ lệ màn hình khác biệt cho iPhone Duo. Đằng sau thiết kế tưởng như lạ mắt này là một ý tưởng khá đời thường: biến chiếc điện thoại thành một cuốn sổ tay, nhỏ gọn khi gập và rộng rãi khi mở.
Đưa khoa học vào ngày hội Trung thu: Khi trẻ học bằng trải nghiệm và khám phá

Đưa khoa học vào ngày hội Trung thu: Khi trẻ học bằng trải nghiệm và khám phá

Sau 1,5 ngày diễn ra, “Ngày hội đón trăng” trong khuôn khổ chương trình “Xứ sở Ánh trăng” của Đài Truyền hình Việt Nam đã thu hút khoảng 3.400 lượt thiếu nhi và phụ huynh. Không chỉ tái hiện không khí Trung thu truyền thống, ngày hội còn mở ra không gian để trẻ em khám phá khoa học, thiên văn, văn hóa và cùng gia đình tham gia nhiều hoạt động trải nghiệm.
Tái cấu trúc chuỗi xuất khẩu TP.Hồ Chí Minh: Tự động hóa là then chốt

Tái cấu trúc chuỗi xuất khẩu TP.Hồ Chí Minh: Tự động hóa là then chốt

Xuất nhập khẩu của TP.Hồ Chí Minh đang duy trì đà tăng trưởng, nhưng phía sau những con số về kim ngạch là yêu cầu nâng cấp toàn bộ chuỗi giá trị. Từ sản xuất, logistics, tận dụng FTA đến xúc tiến thương mại, các mắt xích đang được đặt trong một cấu trúc mới, nơi công nghệ, dữ liệu, tự động hóa và chuyển đổi xanh ngày càng trở thành điều kiện để doanh nghiệp nâng sức cạnh tranh và tham gia sâu hơn vào chuỗi cung ứng toàn cầu.
Universal Robots ra mắt Gen 7: Nền tảng robot cộng tác sẵn sàng cho kỷ nguyên AI

Universal Robots ra mắt Gen 7: Nền tảng robot cộng tác sẵn sàng cho kỷ nguyên AI

Universal Robots (UR) vừa giới thiệu thế hệ thứ bảy của nền tảng robot cộng tác, đánh dấu bước chuyển hướng mạnh hơn sang các ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và AI vật lý trong sản xuất. Gen 7 được thiết kế lại từ bộ điều khiển, bảng điều khiển cầm tay đến mặt bích dụng cụ, hướng tới mục tiêu giảm độ phức tạp khi tích hợp và rút ngắn thời gian đưa các ứng dụng tự động hóa tiên tiến vào vận hành.
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/9: Nhịp điều chỉnh có thể mở ra cơ hội tích lũy

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/9: Nhịp điều chỉnh có thể mở ra cơ hội tích lũy

VN-Index giảm mạnh trong phiên 21/9, đánh mất vùng hỗ trợ 1.805 điểm và cho thấy áp lực bán đang gia tăng. Tuy nhiên, nếu chỉ số lùi về các vùng hỗ trợ thấp hơn, đây có thể là cơ sở để nhà đầu tư từng bước tìm kiếm cơ hội tích lũy ở những cổ phiếu có nền tảng và triển vọng tốt.
Thị trường chứng khoán ngày 21/9: VN Index giảm sâu trong ngày thị trường Việt Nam được nâng hạng

Thị trường chứng khoán ngày 21/9: VN Index giảm sâu trong ngày thị trường Việt Nam được nâng hạng

Bất chấp thông tin thị trường chính thức nâng hạng, VN Index vẫn giảm gần 16 điểm và đánh mất mốc 1.800 khi nhóm vốn hóa lớn chịu áp lực bán mạnh. Dù vậy, lực cầu bắt đáy xuất hiện quanh vùng MA50 -MA200 giúp chỉ số rút chân đáng kể.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/9/2026: Tuổi Tuất vận trình hanh thông, tuổi Ngọ nên thận trọng tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/9/2026: Tuổi Tuất vận trình hanh thông, tuổi Ngọ nên 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 22/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Việt - Trung xây dựng Phòng thí nghiệm Liên hợp ứng dụng trí tuệ nhân tạo

Việt - Trung xây dựng Phòng thí nghiệm Liên hợp ứng dụng trí tuệ nhân tạo

Phòng thí nghiệm Liên hợp ứng dụng trí tuệ nhân tạo Việt - Trung được kỳ vọng trở thành đầu mối kết nối nghiên cứu, phát triển công nghệ AI với các kịch bản ứng dụng thực tế tại Việt Nam và thị trường ASEAN.
Đi xa 1.000 km sau một lần sạc: Geely chốt lịch ra mắt pin thể rắn

Đi xa 1.000 km sau một lần sạc: Geely chốt lịch ra mắt pin thể rắn

Geely bứt phá với công nghệ pin thể rắn 500 Wh/kg, nâng tầm hoạt động xe điện lên 1.000 km, sẵn sàng thương mại hóa toàn diện từ năm 2027.
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/9: Hạn chế mua tăng thêm khi thị trường khởi sắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/9: Hạn chế mua tăng thêm khi thị trường khởi sắc

Sau phiên giảm điểm cuối tuần trước, thị trường chứng khoán được dự báo vẫn duy trì xu hướng phục hồi, song nhà đầu tư nên thận trọng và hạn chế mua tăng thêm tỷ trọng khi thị trường khởi sắc.