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

vcca2026
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 5/6: Hạn chế mở vị thế mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 5/6: Hạn chế mở vị thế mua mới

Dù VN-Index đã có hai phiên tăng điểm liên tiếp và lấy lại mốc 1.830 điểm, các chuyên gia cho rằng thanh khoản suy giảm mạnh cho thấy dòng tiền vẫn đứng ngoài quan sát. Trong bối cảnh xu hướng điều chỉnh chưa bị phá vỡ, nhà đầu tư được khuyến nghị thận trọng và hạn chế mở vị thế mua mới.
Doanh nghiệp sản xuất tăng tốc đánh giá CNTT/OT để chuẩn bị cho AI và chuyển đổi số

Doanh nghiệp sản xuất tăng tốc đánh giá CNTT/OT để chuẩn bị cho AI và chuyển đổi số

Làn sóng ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và chuyển đổi số đang khiến các nhà sản xuất trên toàn cầu đẩy mạnh đánh giá hạ tầng CNTT/OT nhằm đảm bảo hệ thống nhà máy đủ khả năng đáp ứng các yêu cầu mới về kết nối, bảo mật và khả năng vận hành.
Bộ GDĐT tổ chức hội nghị toàn quốc quán triệt quy chế thi tốt nghiệp THPT năm 2026

Bộ GDĐT tổ chức hội nghị toàn quốc quán triệt quy chế thi tốt nghiệp THPT năm 2026

Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT) vừa tổ chức hội nghị trực tuyến toàn quốc quán triệt quy chế tổ chức Kỳ thi tốt nghiệp THPT năm 2026, giao nhiệm vụ cho các cấp, ngành liên quan.
Nông nghiệp trước áp lực “chuyển đổi kép”: Công nghệ xanh và AI mở đường vào thị trường toàn cầu

Nông nghiệp trước áp lực “chuyển đổi kép”: Công nghệ xanh và AI mở đường vào thị trường toàn cầu

Không chỉ sản xuất ra nông sản chất lượng, doanh nghiệp nông nghiệp Việt Nam đang phải đáp ứng ngày càng nhiều tiêu chuẩn về môi trường, phát thải carbon, truy xuất nguồn gốc và trách nhiệm xã hội. Trong bối cảnh đó, chuyển đổi số gắn với chuyển đổi xanh đang trở thành yêu cầu tất yếu. Đây cũng là thông điệp được các chuyên gia, doanh nghiệp chia sẻ tại Hội thảo và Triển lãm công nghệ nông nghiệp xanh diễn ra ngày 3/6 tại Hà Nội.
Khoảng cách kỹ năng an ninh mạng tiếp tục là điểm yếu của doanh nghiệp trong kỷ nguyên AI

Khoảng cách kỹ năng an ninh mạng tiếp tục là điểm yếu của doanh nghiệp trong kỷ nguyên AI

Báo cáo Khoảng cách Kỹ năng An ninh mạng Toàn cầu 2026 của Fortinet cho thấy tình trạng thiếu hụt nhân lực an ninh mạng vẫn là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến các vụ vi phạm bảo mật. Trong khi đó, sự phát triển mạnh mẽ của AI đang tạo thêm áp lực mới cho doanh nghiệp khi vừa mở ra cơ hội phòng thủ, vừa làm gia tăng các nguy cơ tấn công mạng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/6/2026: Tuổi Tỵ công danh rộng mở, tuổi Tuất cẩn trọng thị phi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/6/2026: Tuổi Tỵ công danh rộng mở, tuổi Tuất cẩn trọng thị phi

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 5/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 4/6: VN Index bật tăng trở lại, củng cố vùng hỗ trợ 1.800 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 4/6: VN Index bật tăng trở lại, củng cố vùng hỗ trợ 1.800 điểm

Sau nhịp giằng co trong phiên sáng, thị trường hồi phục tích cực về cuối phiên nhờ lực kéo từ nhóm Vin, dầu khí và một số cổ phiếu ngân hàng. VN Index đóng cửa tại mức cao nhất ngày, qua đó tiếp tục củng cố vùng hỗ trợ quan trọng 1.800 - 1.810 điểm.
Tân Hoàng Minh Clooection Showcase: Khi hành trình hơn ba thập kỷ được gọi tên

Tân Hoàng Minh Clooection Showcase: Khi hành trình hơn ba thập kỷ được gọi tên

Tập đoàn Tân Hoàng Minh chuẩn bị công bố một định vị thương hiệu được chắt lọc và hệ thống hoá từ những giá trị cốt lõi tích lũy suốt hơn ba thập kỷ và câu chuyện về triết lý đã âm thầm định hình nên những công trình mang dấu ấn riêng biệt.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/6: Nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/6: Nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi

Sau 7 phiên giảm liên tiếp, VN-Index đang phát đi những tín hiệu giằng co khi dòng tiền có sự phân hóa giữa các nhóm ngành. Các chuyên gia cho rằng thị trường vẫn cần thêm thời gian để xác lập xu hướng rõ ràng, đồng thời khuyến nghị nhà đầu tư hạn chế mua đuổi trong các nhịp hồi kỹ thuật.
Từ kiểm soát chất lượng đến quản trị bằng dữ liệu

Từ kiểm soát chất lượng đến quản trị bằng dữ liệu

Trong các ngành sản xuất chịu sự quản lý nghiêm ngặt như dược phẩm, thiết bị y tế, hàng không hay khoa học sự sống, quản lý chất lượng đang bước vào giai đoạn chuyển đổi lớn. Khi sản phẩm ngày càng phức tạp và các tiêu chuẩn pháp lý liên tục được siết chặt, việc vận hành dựa trên các hệ thống dữ liệu rời rạc không còn phù hợp.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc