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
BSR kiện toàn cơ chế hoạch định chiến lược, hướng tới phát triển bền vững

BSR kiện toàn cơ chế hoạch định chiến lược, hướng tới phát triển bền vững

Ngày 29/9/2026, Tổng Công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) tổ chức cuộc họp khởi động Ủy ban Chiến lược và Phát triển bền vững (UBCL), nhằm nâng cao chất lượng tham mưu cho HĐQT về chiến lược, đầu tư, công nghệ và phát triển bền vững, đáp ứng yêu cầu chuyển dịch của ngành năng lượng và định hướng phát triển BSR đến năm 2035, tầm nhìn 2050.
Thị trường chứng khoán ngày 30/9: Lực cầu cuối phiên vẫn không cứu được chỉ số

Thị trường chứng khoán ngày 30/9: Lực cầu cuối phiên vẫn không cứu được chỉ số

VN Index có lúc lao dốc hơn 18 điểm và đánh thủng vùng hỗ trợ quan trọng trước khi dòng tiền bắt đáy xuất hiện cuối phiên. Dù thoát khỏi mức thấp nhất ngày, chỉ số vẫn khép tháng 9 trong với việc mất mốc hỗ trợ tại đường MA50.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/10/2026: Tuổi Dần đón cơ hội mới, tuổi Dậu nên thận trọng tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/10/2026: Tuổi Dần đón cơ hội mới, tuổi Dậu 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 1/10/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Việt Nam xếp thứ 43 về đổi mới sáng tạo toàn cầu

Việt Nam xếp thứ 43 về đổi mới sáng tạo toàn cầu

Theo Báo cáo Chỉ số Đổi mới sáng tạo toàn cầu (GII) 2026 của Tổ chức Sở hữu trí tuệ thế giới (WIPO), Việt Nam xếp thứ 43 trong 139 quốc gia, nền kinh tế, tăng 1 bậc so với năm 2025. Tính từ năm 2016 đến nay, thứ hạng GII của Việt Nam đã cải thiện 16 bậc, từ vị trí 59 lên 43.
Kỳ 9: Xuất khẩu một mô hình xanh

Kỳ 9: Xuất khẩu một mô hình xanh

Bán một chiếc xe ra nước ngoài đã khó. Mang cả một mô hình di chuyển xanh qua biên giới còn khó hơn. Bởi khi Green SM, VinFast hay V-Green bước vào Indonesia, Philippines, Lào, Ấn Độ hay Kazakhstan, họ không chỉ gặp khách hàng mới. Họ gặp những hệ thống mới - luật taxi, điện lưới, bãi đỗ, văn hóa đi lại, khí hậu, cạnh tranh và sự thận trọng của thị trường.
Lexus ES thế hệ mới sắp ra mắt: Đủ bản thuần điện và Hybrid

Lexus ES thế hệ mới sắp ra mắt: Đủ bản thuần điện và Hybrid

Dữ liệu từ Cục Đăng kiểm Việt Nam ghi nhận sự xuất hiện của mẫu sedan thuần điện Lexus ES 500e CG do Công ty ô tô Toyota Việt Nam nhập khẩu.
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/9: Chờ đợi kết quả kinh doanh quý III

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/9: Chờ đợi kết quả kinh doanh quý III

Sau nhịp điều chỉnh và thanh khoản suy giảm, thị trường chứng khoán đang chuyển trọng tâm sang triển vọng kinh tế vĩ mô và kết quả kinh doanh quý III/2026. Dòng tiền có xu hướng chọn lọc, tập trung vào những nhóm ngành được kỳ vọng duy trì tăng trưởng lợi nhuận.
499 sản phẩm của 227 doanh nghiệp đạt Thương hiệu quốc gia Việt Nam 2026

499 sản phẩm của 227 doanh nghiệp đạt Thương hiệu quốc gia Việt Nam 2026

Bộ Công Thương công nhận 499 sản phẩm của 227 doanh nghiệp đạt Thương hiệu quốc gia Việt Nam năm 2026. Đây là kỳ xét chọn lần thứ 10, trong đó lần đầu tiên áp dụng các quy định mới về Chương trình Thương hiệu quốc gia Việt Nam.
Dự báo lợi nhuận doanh nghiệp bất động sản nhà ở quý III/2026: Vinhome tăng trưởng vượt trội

Dự báo lợi nhuận doanh nghiệp bất động sản nhà ở quý III/2026: Vinhome tăng trưởng vượt trội

Trong nhóm 5 doanh nghiệp bất động sản nhà ở được đánh giá, Vinhomes có mức dự báo tăng trưởng lợi nhuận cao nhất đạt 243%, tương ứng lợi nhuận sau thuế đạt hơn 15.200 tỷ đồng.
Thị trường chứng khoán ngày 29/9: VN-Index giảm nhẹ, dòng tiền tìm đến dầu khí và cao su

Thị trường chứng khoán ngày 29/9: VN-Index giảm nhẹ, dòng tiền tìm đến dầu khí và cao su

Thị trường chứng khoán ngày 29/9, VN-Index tiếp tục rung lắc mạnh khi áp lực bán gia tăng tại nhiều nhóm cổ phiếu, trong khi thanh khoản trên HoSE xuống mức thấp trong nhiều tháng. Dòng tiền có xu hướng thu hẹp và phân hóa, tập trung vào nhóm dầu khí, cao su và một số cổ phiếu riêng lẻ.