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
Vành đai 2.5 và hạ tầng metro tăng sức hút cho bất động sản dọc tuyến Nguyễn Trãi

Vành đai 2.5 và hạ tầng metro tăng sức hút cho bất động sản dọc tuyến Nguyễn Trãi

Cùng với tuyến metro Cát Linh - Hà Đông, các đoạn cuối của Vành đai 2.5 vừa khởi công, bổ sung mạng lưới kết nối tại khu vực Nguyễn Trãi. Việc tăng tốc triển khai hạ tầng góp phần tăng hấp lực cho các dự án bất động sản dọc tuyến.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/7/2026: Tuổi Thân đón cơ hội thăng tiến, tuổi Sửu cần tránh quyết định nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/7/2026: Tuổi Thân đón cơ hội thăng tiến, tuổi Sửu cần tránh quyết định nóng vội

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 5/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
VinFast sắp ra mắt ô tô điện mini nhỏ hơn cả VF3?

VinFast sắp ra mắt ô tô điện mini nhỏ hơn cả VF3?

Thông tin từ hãng ô tô điện VinFast hé lộ, doanh nghiệp đã đăng ký bản quyền kiểu dáng công nghiệp một mẫu xe mới tại Việt Nam, với thiết kế 2 cửa giống VF3 nhưng nhỏ gọn hơn, khả năng chỉ có 2 chỗ ngồi.
Từ cảm biến MEMS đến AI công nghiệp: Những tín hiệu đáng chú ý từ SEMICONNECT 2026

Từ cảm biến MEMS đến AI công nghiệp: Những tín hiệu đáng chú ý từ SEMICONNECT 2026

Ngày 03/7 tại TP.Hồ Chí Minh, Hội nghị chuyên sâu ngành bán dẫn và điện tử SEMICONNECT 2026 đã diễn ra thành công rực rỡ. Hội nghị quy tụ các chuyên gia, doanh nghiệp, nhà nghiên cứu và nhà hoạch định chính sách nhằm trao đổi về những hướng đi mới cho ngành công nghiệp bán dẫn Việt Nam trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu đang tái cấu trúc mạnh mẽ.
SUNHOUSE khởi công Nhà máy Robot tự hành và Thiết bị AI

SUNHOUSE khởi công Nhà máy Robot tự hành và Thiết bị AI

Ngày 3/7, SUNHOUSE khởi công siêu nhà máy gia dụng thông minh quy mô hàng đầu Việt Nam, hướng tới phổ thông hóa gia dụng thông minh cho hàng triệu gia đình Việt.
Vì sao chuyển giao tri thức kỹ thuật trở thành lợi thế cạnh tranh mới?

Vì sao chuyển giao tri thức kỹ thuật trở thành lợi thế cạnh tranh mới?

Trong kỷ nguyên sản xuất thông minh, nơi AI, robot và các hệ thống tự động hóa ngày càng chi phối hoạt động của nhà máy, bài toán không còn chỉ nằm ở việc đầu tư công nghệ. Điều quyết định năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp đang dần chuyển sang khả năng quản lý, bảo tồn và chuyển giao tri thức kỹ thuật một cách hiệu quả.
Doanh nghiệp điện tử Việt Nam tăng tốc chuyển đổi số với AI và Smart Factory

Doanh nghiệp điện tử Việt Nam tăng tốc chuyển đổi số với AI và Smart Factory

Thiếu lao động, áp lực từ chuỗi cung ứng toàn cầu và yêu cầu nâng cao năng suất đang thúc đẩy doanh nghiệp điện tử Việt Nam đẩy mạnh ứng dụng AI, robot, Digital Twin và các giải pháp sản xuất thông minh. Những vấn đề này đã được các chuyên gia, doanh nghiệp cùng trao đổi tại diễn đàn do Hội Tự động hóa Việt Nam tổ chức.
Trường Đại học FPT, Nông lâm TPHCM công bố điểm sàn

Trường Đại học FPT, Nông lâm TPHCM công bố điểm sàn

Trường Đại học FPT công bố điểm sàn năm 2026 thấp nhất là 18 điểm, cao nhất là 21 điểm. Trong khí đó, Trường Đại học Nông lâm TPHCM công bố điểm sàn các ngành kỹ thuật cao hơn năm 2025 là 3 điểm.
AI và tự động hóa: Động lực nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp ô tô SME

AI và tự động hóa: Động lực nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp ô tô SME

Trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô đang bước vào giai đoạn chuyển đổi mạnh mẽ dưới tác động của số hóa, trí tuệ nhân tạo (AI) và sản xuất thông minh, các doanh nghiệp vừa và nhỏ (SME) đứng trước cả cơ hội lẫn thách thức trong việc nâng cao năng lực cạnh tranh. Hội thảo “Chiến lược chuyển đổi số, AI và tự động hóa cho doanh nghiệp ô tô vừa và nhỏ” diễn ra ngày 3/7 tại TP.HCM đã mang đến nhiều góc nhìn thực tiễn về lộ trình ứng dụng công nghệ, giúp doanh nghiệp tiếp cận hiệu quả các xu hướng mới của ngành.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/7/2026: Tuổi Dậu đón vận may tài lộc, tuổi Tỵ đề phòng mâu thuẫn nơi công sở

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/7/2026: Tuổi Dậu đón vận may tài lộc, tuổi Tỵ đề phòng mâu thuẫn nơi công sở

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 4/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc