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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/11/2025: Tuổi Hợi khá suôn sẻ, tuổi Mùi gặp khó khăn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/11/2025: Tuổi Hợi khá suôn sẻ, tuổi Mùi gặp khó khăn

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 20/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
General Motors công bố kế hoạch tích hợp Google Gemini và công nghệ lái "rảnh mắt"

General Motors công bố kế hoạch tích hợp Google Gemini và công nghệ lái "rảnh mắt"

Tương lai của xe tự hành đang đến rất gần. General Motors (GM) vừa tuyên bố sẽ ra mắt khả năng lái xe "rảnh mắt" (eyes-off) và hệ thống AI đàm thoại mới, bắt đầu từ năm 2026. Đây là bước tiến quan trọng hướng tới cái mà hãng gọi là "quyền tự chủ cá nhân".
Thị trường chứng khoán ngày 19/11: Sắc đỏ bao phủ thị trường, VN Index kiểm tra lại mốc hỗ trợ ngắn hạn

Thị trường chứng khoán ngày 19/11: Sắc đỏ bao phủ thị trường, VN Index kiểm tra lại mốc hỗ trợ ngắn hạn

Thị trường có phiên giao dịch đầy thử thách khi lực bán áp đảo, khiến VN Index có lúc xuyên thủng hỗ trợ ngắn hạn. Dù cuối phiên có “kéo chân” trở lại, tâm lý thị trường vẫn khá dè chừng.
MTTQ Việt Nam kỷ niệm 95 năm thành lập: Khẳng định vai trò "Ngôi nhà chung" quy tụ ý Đảng, lòng dân

MTTQ Việt Nam kỷ niệm 95 năm thành lập: Khẳng định vai trò "Ngôi nhà chung" quy tụ ý Đảng, lòng dân

Kỷ niệm 95 năm Ngày truyền thống Mặt trận Tổ quốc Việt Nam (18/11/1930 - 18/11/2025), tinh thần đại đoàn kết toàn dân tộc một lần nữa được khẳng định là nguồn sức mạnh nội sinh không thể lay chuyển, là nền tảng cho mọi thắng lợi của đất nước.
ABB công bố tầm nhìn mới về "mỏ khai thác toàn điện"

ABB công bố tầm nhìn mới về "mỏ khai thác toàn điện"

Bốn năm sau lần đầu giới thiệu khái niệm "eMine", ABB vừa công bố tầm nhìn cập nhật về "mỏ khai thác toàn điện". Sách trắng mới nhất của hãng vạch ra một lộ trình thực tế, khuyến khích "bắt đầu nhỏ, tư duy lớn", để giúp ngành công nghiệp nặng này khử carbon và thu hút nhân tài thế hệ mới.
Viettel - EDGE: Động lực mới cho công nghệ quốc phòng và lưỡng dụng Việt Nam

Viettel - EDGE: Động lực mới cho công nghệ quốc phòng và lưỡng dụng Việt Nam

Trong khuôn khổ Triển lãm Hàng không Dubai 2025, Viettel và EDGE ký Biên bản ghi nhớ nhằm thúc đẩy hợp tác toàn diện trong các lĩnh vực từ công nghệ quốc phòng, viễn thông 5G đến chất bán dẫn, IoT và an ninh mạng, hướng tới mở rộng sản xuất và xuất khẩu.
Thúc đẩy mạnh mẽ đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số và xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia

Thúc đẩy mạnh mẽ đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số và xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia

Văn phòng Chính phủ có Thông báo số 624/TB-VPCP ngày 16/11/2025 kết luận Phiên họp lần thứ năm Ban Chỉ đạo của Chính phủ về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số và Đề án 06 (Ban Chỉ đạo của Chính phủ).
Trải nghiệm sáng tạo cùng workshop “Hành trang lính mới” tại Nhà hát Kịch Việt Nam

Trải nghiệm sáng tạo cùng workshop “Hành trang lính mới” tại Nhà hát Kịch Việt Nam

Tối 15/11, dự án văn hoá nghệ thuật Mở Màn Mở Mang đã tổ chức thành công workshop “Hành trang lính mới” tại Nhà hát Kịch Việt Nam. Sự kiện được thiết kế như một không gian mở, nơi khán giả có cơ hội vừa thưởng thức nghệ thuật, vừa có thể trải nghiệm những hoạt động tương tác thú vị.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/11/2025: Tuổi Ngọ dễ bị lừa gạt, tuổi Dậu tin vui về lương thưởng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/11/2025: Tuổi Ngọ dễ bị lừa gạt, tuổi Dậu tin vui về lương thưởng

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 19/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 18/11: Lấy lại đà tăng cuối phiên, VN Index tiếp đà hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 18/11: Lấy lại đà tăng cuối phiên, VN Index tiếp đà hồi phục

Rung lắc ở giữa phiên tưởng như sẽ kéo thị trường vào một phiên điều chỉnh, nhưng lực cầu cuối phiên đã lấy lại sắc xanh nhẹ cho bảng điện tử. VN Index rút chân đẹp khỏi đường MA20 và tăng gần 6 điểm, củng cố kỳ vọng hướng về vùng 1.700 điểm.
song-gia-tri