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
Techcombank dành 40.000 tỷ đồng cho vay ưu đãi, giảm lãi suất đến 2%/năm

Techcombank dành 40.000 tỷ đồng cho vay ưu đãi, giảm lãi suất đến 2%/năm

Techcombank triển khai hai chương trình tín dụng ưu đãi với tổng quy mô 40.000 tỷ đồng, áp dụng mức giảm lãi suất cho vay lên đến 2%/năm, tập trung hỗ trợ doanh nghiệp nhỏ và vừa, hộ kinh doanh cùng các doanh nghiệp trong lĩnh vực sản xuất, thương mại, xuất nhập khẩu và hạ tầng.
MacBook Pro sắp lột xác sau nhiều năm

MacBook Pro sắp lột xác sau nhiều năm

Apple được cho là đang chuẩn bị thay đổi đáng kể diện mạo MacBook Pro với màn hình OLED, khả năng cảm ứng và Dynamic Island lần đầu xuất hiện trên dòng máy tính xách tay này. Trong khi đó, iMac 24 inch cũng có thể đón bản nâng cấp chip M6 cùng loạt màu sắc mới.
Thập kỷ tăng trưởng mới: Phát huy tiềm năng Việt Nam và thế mạnh Bắc Âu

Thập kỷ tăng trưởng mới: Phát huy tiềm năng Việt Nam và thế mạnh Bắc Âu

Với chủ đề “Thập kỷ tăng trưởng mới: Phát huy tiềm năng Việt Nam và thế mạnh Bắc Âu”, diễn đàn doanh nghiệp Bắc Âu - Việt Nam 2026 đã quy tụ hơn 100 lãnh đạo cấp cao đến từ các cơ quan Chính phủ, cơ quan ngoại giao và cộng đồng doanh nghiệp Việt Nam và các nước Bắc Âu.
Vinamilk chung tay xây dựng “ Sức đề kháng số” cho thế hệ  tương lai

Vinamilk chung tay xây dựng “ Sức đề kháng số” cho thế hệ tương lai

Là Thương hiệu Quốc gia gắn bó với nhiều thế hệ trẻ em Việt Nam, Vinamilk vừa chính thức trở thành thành viên của Liên minh Niềm tin số do Cục An ninh mạng (A05) - Bộ Công an khởi xướng. Đồng hành cùng chiến dịch “Không một mình”, doanh nghiệp mở rộng hành trình vì sự phát triển toàn diện của trẻ em sang không gian số, góp phần trang bị cho các em kỹ năng nhận diện rủi ro và tự bảo vệ bản thân trên môi trường trực tuyến.
Thị trường chứng khoán ngày 30/10: KOS thoát chuỗi 29 phiên giảm sàn, VN Index vẫn chìm trong sắc đỏ

Thị trường chứng khoán ngày 30/10: KOS thoát chuỗi 29 phiên giảm sàn, VN Index vẫn chìm trong sắc đỏ

Thị trường khép lại tháng 10 trong trạng thái tiêu cực khi mất gần 14 điểm và có tới 253 mã giảm. Tuy nhiên, trong bức tranh ảm đạm đó, KOS bất ngờ đảo chiều từ giá sàn lên giá trần sau 29 phiên giảm sàn liên tiếp với gần 75,7 triệu cổ phiếu được sang tay trong phiên.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/10/2026: Tuổi Hợi có vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/10/2026: Tuổi Hợi có vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng

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 31/10/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/10: Tránh mua đuổi, giao dịch trong biên độ 1.750-1.780 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/10: Tránh mua đuổi, giao dịch trong biên độ 1.750-1.780 điểm

Sau phiên giảm điểm ngày 29/10, VN-Index tiếp tục đối mặt với áp lực bán tại nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn và dầu khí. Các chỉ báo kỹ thuật cho thấy thị trường chưa xác lập xu hướng giảm rõ rệt, nhưng dòng tiền có dấu hiệu suy yếu. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh mua đuổi và ưu tiên giao dịch trong biên độ 1.750-1.780 điểm.
Lynk & Co 02 ra mắt Việt Nam, sạc nhanh chỉ 30 phút

Lynk & Co 02 ra mắt Việt Nam, sạc nhanh chỉ 30 phút

Thương hiệu ô tô định vị phân khúc cao cấp mới Lynk & Co vừa chính thức tung ra thị trường Việt Nam mẫu xe thuần điện đầu tiên mang tên Lynk & Co 02.
Nối nhịp thanh âm cùng bộ đôi Will và 14 Casper tại đêm nhạc Revolution 2026

Nối nhịp thanh âm cùng bộ đôi Will và 14 Casper tại đêm nhạc Revolution 2026

Góp mặt tại đêm nhạc Revolution 2026 ngày 27/10, hai nghệ sĩ Will và 14 Casper mang đến những màn trình diễn ấn tượng và khép lại đêm nhạc trong sự hưởng ứng của đông đảo sinh viên Học viện Báo chí và Tuyên truyền.
Thái Bình Dương hoàn thành 34 hạng mục xây dựng nhà máy thông minh

Thái Bình Dương hoàn thành 34 hạng mục xây dựng nhà máy thông minh

Sau 5 tháng triển khai, Công ty CP Cơ khí và Tự động hóa Thái Bình Dương hoàn thành toàn bộ 34 hạng mục cải tiến thuộc dự án Phát triển nhà máy thông minh 2026.
master