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
PV GAS vượt kế hoạch lợi nhuận, tăng tốc bảo đảm nguồn cung khí

PV GAS vượt kế hoạch lợi nhuận, tăng tốc bảo đảm nguồn cung khí

Trong bối cảnh thị trường năng lượng thế giới tiếp tục biến động, PV GAS vẫn duy trì kết quả kinh doanh tích cực và chủ động củng cố nguồn cung khí, LNG, LPG.
Đại hội IX Liên hiệp Hội Việt Nam: Đưa tri thức thành động lực phát triển

Đại hội IX Liên hiệp Hội Việt Nam: Đưa tri thức thành động lực phát triển

Trong hai ngày 27 và 28/8/2026, tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia (Hà Nội), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) sẽ tổ chức Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026 - 2031, với chủ đề “Đoàn kết - Sáng tạo - Đột phá - Phát triển”.
Cen Land liên tục thoái vốn tại các công ty con

Cen Land liên tục thoái vốn tại các công ty con

CTCP Bất động sản Thế Kỷ (Cen Land) vừa hoàn tất chuyển nhượng toàn bộ 80% cổ phần tại Cen Sài Gòn, tiếp tục lộ trình thu gọn danh mục đầu tư và thoái vốn khỏi các đơn vị hoạt động kém hiệu quả.
Nửa cuối năm 2026, khối ngân hàng "bơm" hàng tỷ cổ phiếu mới ra thị trường

Nửa cuối năm 2026, khối ngân hàng "bơm" hàng tỷ cổ phiếu mới ra thị trường

Trong nửa cuối năm 2026, nhiều ngân hàng đẩy mạnh gia tăng vốn điều lệ thông qua phát hành cổ phiếu trả cổ tức, cổ phiếu thưởng hoặc chào bán cho cổ đông hiện hữu. Vì vậy, hàng tỷ cổ phiếu mới sắp được "bơm" ra thị trường.
iPhone 18 Pro Max được đồn đoán có 4 màu mới, Dark Cherry nổi bật nhất

iPhone 18 Pro Max được đồn đoán có 4 màu mới, Dark Cherry nổi bật nhất

Apple được cho là sẽ mang đến 4 lựa chọn màu sắc cho iPhone 18 Pro và iPhone 18 Pro Max, trong đó có một màu đỏ anh đào đậm hoàn toàn mới.
Thị trường chứng khoán ngày 24/8: Tiến sát 1.800 điểm, VN Index bắt đầu gặp áp lực chốt lời

Thị trường chứng khoán ngày 24/8: Tiến sát 1.800 điểm, VN Index bắt đầu gặp áp lực chốt lời

VN Index mở cửa trong trạng thái hưng phấn và tiến sát mốc 1.800 điểm, nhưng bên bán nhanh chóng xuất hiện khiến đà tăng bị thu hẹp về cuối phiên. Sau chuỗi tăng mạnh, thị trường đang bước vào phép thử quan trọng khi lượng hàng mua tại vùng “breakout” chuẩn bị về tài khoản.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/8/2026: Tuổi Mùi vận trình khởi sắc, tuổi Sửu cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/8/2026: Tuổi Mùi vận trình khởi sắc, tuổi Sửu 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 25/8/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Nhận định phiên giao dịch ngày 24/8: VN-Index hướng tới vùng 1.780 điểm, dòng tiền trở lại tích cực

Nhận định phiên giao dịch ngày 24/8: VN-Index hướng tới vùng 1.780 điểm, dòng tiền trở lại tích cực

Dòng tiền cải thiện mạnh, độ rộng thị trường tích cực cùng việc VN-Index duy trì trên các đường MA10 và MA20 đang củng cố xu hướng tăng ngắn hạn. Các chuyên gia kỳ vọng chỉ số tiếp tục hướng tới vùng 1.780 điểm trong phiên tớ
Imexpharm đổi chủ, tài sản vượt 2.900 tỷ đồng - lợi nhuận khởi sắc

Imexpharm đổi chủ, tài sản vượt 2.900 tỷ đồng - lợi nhuận khởi sắc

Trong bối cảnh vừa đổi chủ sau thương vụ gần 6.000 tỷ đồng, Dược phẩm Imexpharm ghi nhận kết quả kinh doanh có những chuyển biến đáng chú ý về mặt chi phí và lợi nhuận.
PGS.TS Đinh Văn Châu và thông điệp về một trường đại học có trách nhiệm trong kỷ nguyên số

PGS.TS Đinh Văn Châu và thông điệp về một trường đại học có trách nhiệm trong kỷ nguyên số

Một trường đại học bước vào kỷ nguyên số không chỉ bằng phòng thí nghiệm, dữ liệu hay trí tuệ nhân tạo. Cuộc chuyển đổi khó hơn nằm ở con người, biết kiểm chứng trước khi đặt niềm tin, chịu trách nhiệm khi phát ngôn, biết minh bạch, lắng nghe và chấp nhận phản biện. Thông điệp mới của Hiệu trưởng Trường Đại học Điện lực gợi ra một quan niệm đáng suy ngẫm như thế.