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

Tin bài khác
Linh vật trong thời đại số

Linh vật trong thời đại số

Có dịp đi du lịch vòng quanh thế giới, chúng ta rất dễ nhận thấy hầu hết các thành phố, địa phương khắp các châu lục đều có những tượng đài với hình ảnh và truyền thuyết về linh vật (mascot) được đặt ở những vị trí và không gian công cộng trang trọng nhất, sự tồn tại của nó khắc sâu vào tâm khảm của người dân, gợi nhắc về quá khứ và về một truyền thống chung của cộng đồng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/2/2026: Tuổi Mão tương đối thuận lợi, tuổi Dâu gặp phải khó khăn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/2/2026: Tuổi Mão tương đối thuận lợi, tuổi Dâu gặp phải khó khăn

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 25/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 24/2: VN Index rút chân tăng điểm, dòng tiền cải thiện mạnh sau nhịp rung lắc đầu phiên

Thị trường chứng khoán ngày 24/2: VN Index rút chân tăng điểm, dòng tiền cải thiện mạnh sau nhịp rung lắc đầu phiên

Dù chịu tác động tiêu cực từ diễn biến giảm điểm của chứng khoán Mỹ trong đêm trước, thị trường nhanh chóng hồi phục và đóng cửa ở mức cao nhất phiên. Thanh khoản gia tăng mạnh, khối ngoại mua ròng trở lại, cho thấy nội lực thị trường đang dần cải thiện.
Siemens thử nghiệm robot hình người trong logistics công nghiệp

Siemens thử nghiệm robot hình người trong logistics công nghiệp

Siemens và Humanoid - công ty AI và robot có trụ sở tại Anh vừa hoàn tất thành công một dự án thử nghiệm (proof of concept - POC) nhằm đánh giá khả năng ứng dụng robot hình người trong lĩnh vực logistics công nghiệp.
PV GAS bứt tốc toàn cầu, định hình tham vọng trung tâm LNG khu vực

PV GAS bứt tốc toàn cầu, định hình tham vọng trung tâm LNG khu vực

Giữa biến động địa chính trị, nguồn khí nội địa suy giảm và áp lực chuyển dịch năng lượng ngày càng rõ rệt, Tổng công ty Khí Việt Nam (PV GAS) đang tăng tốc mở rộng kinh doanh quốc tế, lấy LNG làm trụ cột tăng trưởng. Với bước tiến đột phá giai đoạn 2021-2025 và chiến lược đầu tư hạ tầng đi trước, doanh nghiệp từng bước hiện thực hóa mục tiêu xây dựng các trung tâm LNG quy mô lớn, nâng tầm vị thế năng lượng Việt Nam trên bản đồ khu vực.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/2/2026: Tuổi Sửu mâu thuẫn nội bộ, tuổi Thìn cơ hội để kiếm tiền

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/2/2026: Tuổi Sửu mâu thuẫn nội bộ, tuổi Thìn cơ hội để kiếm tiền

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 24/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Trí tuệ nhân tạo trong robot: Xu hướng thị trường nghìn tỷ USD đang hình thành

Trí tuệ nhân tạo trong robot: Xu hướng thị trường nghìn tỷ USD đang hình thành

Một thế hệ robot mới được tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) đang nhanh chóng chuyển từ các phòng thí nghiệm nghiên cứu sang ứng dụng thực tế, mở ra triển vọng về một thị trường có quy mô hàng nghìn tỷ USD trong tương lai. Trước xu hướng này, Liên đoàn Robot Quốc tế vừa công bố báo cáo quan điểm mang tên “AI trong Robot”, phân tích các xu hướng phát triển, thách thức và cơ hội thương mại của công nghệ đang nổi lên mạnh mẽ này.
Đề xuất tăng cường quản lý hệ thống AI có rủi ro cao

Đề xuất tăng cường quản lý hệ thống AI có rủi ro cao

Bộ Khoa học và Công nghệ đang xây dựng dự thảo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ về việc ban hành Danh mục hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) có rủi ro cao. Việc ban hành danh mục này nhằm thiết lập cơ sở quản lý phù hợp đối với các hệ thống AI có khả năng tác động lớn đến quyền con người, an toàn xã hội và lợi ích công cộng, đồng thời bảo đảm quá trình ứng dụng công nghệ diễn ra minh bạch, an toàn và có trách nhiệm.
Thị trường chứng khoán ngày 23/2: VN Index tăng hơn 36 điểm trong phiên đầu năm Bính Ngọ

Thị trường chứng khoán ngày 23/2: VN Index tăng hơn 36 điểm trong phiên đầu năm Bính Ngọ

Phiên giao dịch đầu tiên của năm Bính Ngọ khởi đầu tích cực khi VN Index mở GAP tăng mạnh và đóng cửa tại vùng giá cao nhất phiên. Sắc xanh lan tỏa rộng khắp các nhóm ngành dù khối ngoại bán ròng mạnh trên HoSE.
Weldcom nâng tầm doanh nghiệp Việt trong lĩnh vực sản xuất và gia công kim loại

Weldcom nâng tầm doanh nghiệp Việt trong lĩnh vực sản xuất và gia công kim loại

Với hơn 20 năm định vị thương hiệu trong ngành sản xuất gia công kim loại, Weldcom không chỉ đủ năng lực cung cấp thiết bị, mà còn kiến tạo các giải pháp tổng thể, gắn với thực tiễn sản xuất, đồng hành và thúc đẩy doanh nghiệp Việt phát triển mạnh mẽ, vươn ra thị trường thế giới.
song-gia-tri