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
Khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số - vai trò của Liên hiệp Hội Việt Nam

Khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số - vai trò của Liên hiệp Hội Việt Nam

Tọa đàm ngày 18/5 chứng minh cộng đồng khoa học công nghệ Việt Nam hội tụ đủ trí tuệ, kinh nghiệm thực tiễn và khát vọng để biến nghị quyết thành hành động, đưa Việt Nam tiến vào kỷ nguyên tăng trưởng dựa trên tri thức và công nghệ.
Rạng Đông ghi dấu tại diễn đàn khoa học - doanh nhân 2026

Rạng Đông ghi dấu tại diễn đàn khoa học - doanh nhân 2026

Từ một doanh nghiệp sản xuất truyền thống, Rạng Đông đang từng bước tái định vị thành doanh nghiệp công nghệ cao với hệ sinh thái giải pháp thông minh ứng dụng IoT, AI. Những nỗ lực này tiếp tục được ghi nhận khi lãnh đạo doanh nghiệp được vinh danh tại Diễn đàn “Khoa học và Doanh nhân trong Kỷ nguyên vươn mình của dân tộc” năm 2026.
Bộ trưởng Bộ KH&CN: Doanh nghiệp cần mạnh dạn đầu tư cho nghiên cứu và chuyển đổi số

Bộ trưởng Bộ KH&CN: Doanh nghiệp cần mạnh dạn đầu tư cho nghiên cứu và chuyển đổi số

Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Vũ Hải Quân nhấn mạnh, để phát triển nhanh và bền vững, doanh nghiệp Việt Nam không chỉ cần đầu tư cho nghiên cứu phát triển, đổi mới công nghệ và chuyển đổi số mà còn phải mạnh dạn đầu tư cho tri thức, công nghệ và nguồn nhân lực Việt Nam. Đây là nền tảng quan trọng để nâng cao năng lực cạnh tranh và xây dựng nền kinh tế tự chủ trong dài hạn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/5/2026: Tuổi Hợi tình duyên trắc trở, tuổi Tỵ nhận nhiều tin vui

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/5/2026: Tuổi Hợi tình duyên trắc trở, tuổi Tỵ nhận nhiều tin vui

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 19/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 18/5: Nhóm dầu khí và doanh nghiệp nhà nước giúp VN Index trụ lại vùng đỉnh

Thị trường chứng khoán ngày 18/5: Nhóm dầu khí và doanh nghiệp nhà nước giúp VN Index trụ lại vùng đỉnh

Sau phần lớn thời gian chìm trong sắc đỏ, VN Index bất ngờ hồi phục về cuối phiên và đóng cửa tăng điểm. Khi nhóm Vin tiếp tục hạ nhiệt, dòng tiền lập tức xoay trục sang dầu khí, doanh nghiệp nhà nước và các mã có câu chuyện thoái vốn.
Thủ tướng Lê Minh Hưng: Nhà nước phải trở thành “khách hàng đầu tiên” của công nghệ chiến lược

Thủ tướng Lê Minh Hưng: Nhà nước phải trở thành “khách hàng đầu tiên” của công nghệ chiến lược

Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng nhấn mạnh, phát triển công nghệ chiến lược phải tạo ra các sản phẩm cụ thể, có khả năng ứng dụng và thương mại hóa cao. Nhà nước cần đóng vai trò định hướng, đặt hàng, hỗ trợ nghiên cứu phát triển và trở thành “người mua đầu tiên” đối với các sản phẩm công nghệ chiến lược đủ điều kiện, qua đó thúc đẩy năng lực tự chủ công nghệ và nâng cao sức cạnh tranh của doanh nghiệp Việt Nam.
VAA phối hợp với Tập đoàn TKV Việt Nam đào tạo kỹ sư tự động hóa chất lượng cao

VAA phối hợp với Tập đoàn TKV Việt Nam đào tạo kỹ sư tự động hóa chất lượng cao

Ngày 18/5, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) phối hợp với Công ty Nhiệt điện Cẩm Phả TKV Khai giảng khóa đào tạo kỹ thuật cho 30 cán bộ quản lý, kỹ sư của Nhà máy Nhiệt điện Cẩm Phả (thuộc Tập đoàn TKV Việt Nam) về Hệ thống điều khiển trong nhà máy nhiệt điện. Khóa học được thiết kế theo năng lực thực hiện (CUDBAS) và kiểm soát đào tạo theo chu trình PDCA, trong vòng 15 ngày.
Techmart về sản phẩm ứng dụng AI khẳng định khả năng làm chủ công nghệ của người Việt Nam

Techmart về sản phẩm ứng dụng AI khẳng định khả năng làm chủ công nghệ của người Việt Nam

Sáng 18/5, tại Sàn Giao dịch khoa học và công nghệ, tầng 1, số 24 Lý Thường Kiệt Hà Nội đã diễn ra lễ Khai mạc Chợ công nghệ và thiết bị chuyên ngành sản phẩm ứng dụng Trí tuệ nhân tạo (AI).
Chi hội Giao thông vận tải và Logistics giới thiệu nhiều đề tài nổi bật tại CTST 2026

Chi hội Giao thông vận tải và Logistics giới thiệu nhiều đề tài nổi bật tại CTST 2026

Ngày 16/5, Trường đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh (UTH) tổ chức Hội thảo Khoa học Quốc gia lần thứ 7 - CTST 2026 với chủ đề “Khoa học và công nghệ giao thông vận tải trong kỷ nguyên số và tự động hóa”.
Khởi động hành trình sống khỏe và kiến tạo di sản sức khỏe bền vững

Khởi động hành trình sống khỏe và kiến tạo di sản sức khỏe bền vững

Ngày 16 và 17/5/2026, tại TP.Hồ Chí Minh, Quỹ Bảo An (BAF) phối hợp cùng Nam Sơn Oricare (NSO) đã chính thức tổ chức buổi khai mạc chương trình đào tạo đặc biệt mang tên "Doanh nhân và Sức khỏe - Khởi động hành trình sống khỏe". Sự kiện diễn ra với sự tham gia của đông đảo học viên là các lãnh đạo, nhà điều hành doanh nghiệp.
vn-web
song-gia-tri