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

mca
Tin bài khác
BSR đẩy mạnh sản xuất kinh doanh, tạo nền tảng tăng trưởng bền vững cho năm 2026

BSR đẩy mạnh sản xuất kinh doanh, tạo nền tảng tăng trưởng bền vững cho năm 2026

"Hành động thiết thực nhất để BSR chia sẻ với đồng bào cả nước là tiếp tục đẩy mạnh hoạt động sản xuất kinh doanh, phấn đấu đạt và vượt các chỉ tiêu sản xuất kinh doanh trong năm 2025, qua đó góp phần bù đắp những thiệt hại mà đồng bào và đất nước đang phải đối mặt do mưa lũ gây ra tại các địa phương trong thời gian qua. Chủ động xây dựng các động lực tăng trưởng mới, từng bước hình thành mô hình phát triển bền vững cho năm 2026 và những năm tiếp theo".
Nhận định phiên giao dịch ngày 24/11: Canh các nhịp biến động để tìm kiếm cơ hội

Nhận định phiên giao dịch ngày 24/11: Canh các nhịp biến động để tìm kiếm cơ hội

Phiên giao dịch ngày 21/11 tiếp tục ghi nhận diễn biến phân hóa với sắc đỏ chiếm ưu thế, trong khi nhóm cổ phiếu trụ và bất động sản giữ nhịp thị trường. Giới đầu tư được khuyến nghị theo dõi các nhịp biến động để tìm kiếm cơ hội giải ngân, đồng thời hạn chế mua đuổi ở các nhịp tăng nóng trong phiên 24/11.
Quản lý rủi ro, thúc đẩy tự chủ và phát triển AI trong nước

Quản lý rủi ro, thúc đẩy tự chủ và phát triển AI trong nước

Dự án Luật Trí tuệ nhân tạo (AI) đặt AI làm động lực tăng trưởng nhanh, bền vững, bảo đảm chủ quyền số quốc gia, đồng thời thiết lập cơ chế quản lý minh bạch, an toàn và trách nhiệm, ứng phó các tác động xã hội do AI mang lại.
Nông nghiệp, thủy sản, chuyển đổi số:

Nông nghiệp, thủy sản, chuyển đổi số: 'Trục chính' bàn thảo của các hiệu trưởng ASEAN

Ngày 20/11, hội nghị Hiệu trưởng 51 trường trong mạng lưới AUN và ASEAN+3 tiếp tục ngày làm việc thứ hai tại Đại học Cần Thơ, tập trung thảo luận sâu về nông nghiệp, thủy sản, biến đổi khí hậu và chuyển đổi số - những vấn đề sống còn với khu vực.
Liên hoan Phim Việt Nam lần thứ XXIV - 2025: Cuộc đua kịch tính hướng đến Bông sen vàng

Liên hoan Phim Việt Nam lần thứ XXIV - 2025: Cuộc đua kịch tính hướng đến Bông sen vàng

Những ngày cuối tháng 11, ánh đèn điện ảnh tại TP. Hồ Chí Minh rực sáng khi Liên hoan Phim Việt Nam 2025 chính thức khai mạc. Từ các bom tấn trăm tỷ đến những phim tài liệu và hoạt hình hiếm gặp, tất cả tạo nên một bức tranh điện ảnh đa sắc, dự báo một cuộc đua Bông sen vàng kịch tính.
[E-Magazine] Công nghệ cứu hỏa tự động: Tấm khiên thép cho con người

[E-Magazine] Công nghệ cứu hỏa tự động: Tấm khiên thép cho con người

Giữa nhịp phát triển của đô thị nén, nhà máy thông minh và hạ tầng năng lượng quy mô lớn, tự động hóa trong phòng cháy chữa cháy (PCCC) đang trở thành “hàng rào sinh mệnh” mới. Từ robot, drone đến các nền tảng AI dự báo nguy cơ, thế giới đang bước vào kỷ nguyên mà công nghệ tự chủ đối đầu trực diện với lửa và Việt Nam cũng đang âm thầm chuyển mình theo nhịp ấy.
Vinamilk chuyển 160.000 sản phẩm hỗ trợ đồng bào vùng lũ tại 3 tỉnh miền Trung - Tây Nguyên

Vinamilk chuyển 160.000 sản phẩm hỗ trợ đồng bào vùng lũ tại 3 tỉnh miền Trung - Tây Nguyên

Nhằm chung tay cùng các địa phương khắc phục hậu quả mưa lũ, sáng 23/11 Vinamilk đã đưa 160.000 sản phẩm sữa và nước uống đến Khánh Hòa, Gia Lai và Đắk Lắk, chuyển tận tay người dân vùng bị ảnh hưởng.
Oppo tung phiên bản Reno14 F Star Wars giới hạn với thiết kế Dark Side độc bản

Oppo tung phiên bản Reno14 F Star Wars giới hạn với thiết kế Dark Side độc bản

Dành cho những người mê vũ trụ Star Wars, Oppo tung ra Reno14 F phiên bản giới hạn với thiết kế Dark Side ấn tượng và bộ phụ kiện độc đáo lấy cảm hứng từ Darth Vader.
Robot Memo - Người giúp việc thông minh thế hệ mới

Robot Memo - Người giúp việc thông minh thế hệ mới

Quên đi những robot chỉ biết trình diễn nhảy múa, Sunday - một startup AI do các tiến sĩ Stanford sáng lập vừa trình làng "Memo". Đây là robot gia đình được huấn luyện từ hàng triệu tình huống thực tế, sẵn sàng giải phóng con người khỏi những công việc nhàm chán như rửa bát, giặt giũ hay dọn dẹp.
Branded Living Summit 2025: Ba đòn bẩy vàng cho bất động sản cao cấp Việt Nam trong chu kỳ “thăng hoa” mới

Branded Living Summit 2025: Ba đòn bẩy vàng cho bất động sản cao cấp Việt Nam trong chu kỳ “thăng hoa” mới

Branded Living Summit 2025 phác họa bức tranh mới của bất động sản cao cấp Việt Nam, nơi ba động lực vĩ mô và nhu cầu sống xứng tầm mở ra giai đoạn phát triển bùng nổ, đưa Việt Nam trở thành điểm sáng mới của bất động sản cao cấp châu Á trong kỷ nguyên mới.
song-gia-tri