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
Triển khai Nghị quyết 57: Chuyển mạnh từ hoàn thiện thể chế sang tạo sản phẩm công nghệ

Triển khai Nghị quyết 57: Chuyển mạnh từ hoàn thiện thể chế sang tạo sản phẩm công nghệ

Qua hơn 1 năm 8 tháng triển khai Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị, khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số đã có những chuyển biến rõ nét về nhận thức, thể chế và tổ chức thực hiện. Bộ KH&CN xác định trọng tâm từ nay đến cuối năm 2026 là chuyển mạnh từ hoàn thiện thể chế sang tạo ra sản phẩm, công nghệ và kết quả cụ thể.
Hành trình STEAMCUP 2026 rực rỡ: Từ thử sức ở trường học đến cuộc đua trên đấu trường quốc tế

Hành trình STEAMCUP 2026 rực rỡ: Từ thử sức ở trường học đến cuộc đua trên đấu trường quốc tế

Sau nhiều tháng chuẩn bị, luyện tập và thi đấu, mùa giải STEAMCUP 2026 - “R+Sport: Tinh thần Thể thao” đã chính thức khép lại bằng một hành trình trọn vẹn, bắt đầu từ các vòng thi tại trường, bùng nổ tại Vòng Chung kết STEAMCUP Việt Nam và kết thúc đầy tự hào tại 16th STEAMCUP Malaysia 2026.
Bứt phá năng suất dựa trên khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Bứt phá năng suất dựa trên khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Diễn đàn Năng suất Chất lượng Quốc gia năm 2026 được kỳ vọng góp phần nhận diện những điểm nghẽn, đề xuất giải pháp đột phá và thúc đẩy hình thành hệ sinh thái năng suất chất lượng hiện đại, lấy đổi mới sáng tạo làm động lực và doanh nghiệp làm trung tâm.
100 ngày tháo gỡ điểm nghẽn chuyển đổi số

100 ngày tháo gỡ điểm nghẽn chuyển đổi số

Ban Chỉ đạo 57 Thành ủy Hà Nội vừa ban hành Kế hoạch hành động 100 ngày nhằm xử lý các điểm nghẽn về chuyển đổi số trong hệ thống chính trị, yêu cầu làm rõ trách nhiệm và xử lý dứt điểm các nhiệm vụ chậm, quá hạn hoặc có nguy cơ chậm tiến độ.
Bản đồ trưởng thành mới cho trí tuệ nhân tạo

Bản đồ trưởng thành mới cho trí tuệ nhân tạo

Trong nhiều năm qua, các doanh nghiệp đánh giá mức độ trưởng thành của AI chủ yếu dựa trên khả năng triển khai, mức độ ứng dụng hay quản trị rủi ro. Tuy nhiên, khi AI đang tiến nhanh từ các mô hình tạo sinh sang các hệ thống có khả năng suy luận, lập kế hoạch và tự ra quyết định, giới nghiên cứu cho rằng cần một cách tiếp cận mới: đánh giá mức độ trưởng thành về nhận thức, thay vì chỉ đo lường mức độ triển khai công nghệ.
Doanh thu Vĩnh Hoàn tháng 7/2026: Xuất khẩu sang Trung Quốc tăng mạnh 80%

Doanh thu Vĩnh Hoàn tháng 7/2026: Xuất khẩu sang Trung Quốc tăng mạnh 80%

Sự sụt giảm mạnh tại thị trường xuất khẩu lớn nhất là Mỹ đã khiến doanh thu tháng 7/2026 của Vĩnh Hoàn giảm 10% so với cùng kỳ, dù mảng xuất khẩu sang Trung Quốc và châu Âu vẫn tăng trưởng tốt.
Loạt doanh nghiệp bất động sản nhà ở đạt lợi nhuận "khủng" nhờ hoạt động tài chính

Loạt doanh nghiệp bất động sản nhà ở đạt lợi nhuận "khủng" nhờ hoạt động tài chính

Bức tranh kinh doanh nửa đầu năm 2026 của nhóm doanh nghiệp bất động sản nhà ở ngày càng phân hóa rõ nét, khi nguồn thu lợi nhuận phần lớn không đến từ hoạt động kinh doanh cốt lõi, chủ yếu nhờ hoạt động tài chính.
Thị trường chứng khoán ngày 14/8: VN-Index lao dốc gần 37 điểm, cổ phiếu VIC giảm mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 14/8: VN-Index lao dốc gần 37 điểm, cổ phiếu VIC giảm mạnh

Áp lực bán gia tăng trên diện rộng trong phiên 14/8 khiến VN-Index giảm gần 37 điểm, tương đương hơn 2%, trong khi cổ phiếu VIC giảm 3,6%, góp phần kéo chỉ số đi xuống. Đây là phiên thứ hai liên tiếp thị trường điều chỉnh mạnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/8/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu cần thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/8/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu cần thận trọng tiền bạc

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 15/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
TP.Hồ Chí Minh: Từ những hệ thống số riêng lẻ đến hệ sinh thái quản trị đô thị thông minh

TP.Hồ Chí Minh: Từ những hệ thống số riêng lẻ đến hệ sinh thái quản trị đô thị thông minh

Tại buổi họp báo kinh tế - xã hội TP. Hồ Chí Minh chiều 13/8/2026, nhiều nội dung liên quan đến giao thông, môi trường, logistics và triển khai Luật Phát triển đô thị được thông tin, cho thấy một bức tranh đáng chú ý về quá trình Thành phố tổ chức lại phương thức quản trị trong giai đoạn phát triển mới.