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
Ứng dụng giải pháp cơ điện nông nghiệp thông minh giúp phát triển bền vững ngành nông nghiệp công nghệ cao

Ứng dụng giải pháp cơ điện nông nghiệp thông minh giúp phát triển bền vững ngành nông nghiệp công nghệ cao

Sáng 11/5, Khoa Cơ-Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam tổ chức Hội thảo khoa học “Cơ điện nông nghiệp thông minh: Giải pháp nâng cao hiệu quả và phát triển bền vững”. Sự kiện được tổ chức theo kế hoạch thường niên, hướng tới kỷ niệm 70 năm thành lập Học viện Nông nghiệp Việt Nam, nhằm thúc đẩy chuyển đổi số, đổi mới sáng tạo ngành nông nghiệp trong nước.
Robot Leanbot: rèn luyện học sinh phổ thông học cách đưa AI vào giải quyết bài toán thực tế

Robot Leanbot: rèn luyện học sinh phổ thông học cách đưa AI vào giải quyết bài toán thực tế

Robot Olympiad năm học 2025-2026 là sân chơi nổi bật nằm trong số 5 giải đấu tại Vòng chung kết Cuộc thi Vô địch Quốc gia STEM, AI và Robotics (VSAR) vừa diễn ra sôi nổi tại Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia (NIC), Khu Công nghệ cao Hòa Lạc, Hà Nội vào ngày 10/5/2026.
Tập đoàn Tân Hoàng Minh "đang làm gì" tại phía Đông Hà Nội?

Tập đoàn Tân Hoàng Minh "đang làm gì" tại phía Đông Hà Nội?

Sau nhiều năm chỉ lựa chọn lõi đô thị Hà Nội để đầu tư, phát triển bất động sản, giới đầu tư bất ngờ trước kế hoạch triển khai một dự án mới của Tập đoàn Tân Hoàng Minh tại khu vực Long Biên.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/5/2026: Tuổi Sửu dễ vướng tranh chấp, tuổi Tỵ túi tiền rủng rỉnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/5/2026: Tuổi Sửu dễ vướng tranh chấp, tuổi Tỵ túi tiền rủng rỉnh

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 12/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Mặt trận Tổ quốc Việt Nam là đại diện bảo vệ quyền và lợi ích hợp pháp, chính đáng của Nhân dân

Mặt trận Tổ quốc Việt Nam là đại diện bảo vệ quyền và lợi ích hợp pháp, chính đáng của Nhân dân

Chiều 11/5, tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Hà Nội, Đại hội đại biểu toàn quốc Mặt trận Tổ quốc Việt Nam lần thứ XI đã tiến hành phiên trù bị với chủ đề "Đoàn kết - Dân chủ - Đổi mới - Sáng tạo - Phát triển".
Máy tính lượng tử siêu dẫn thế hệ thứ tư “Origin Wukong-180” của Trung Quốc chính thức đi vào hoạt động

Máy tính lượng tử siêu dẫn thế hệ thứ tư “Origin Wukong-180” của Trung Quốc chính thức đi vào hoạt động

Ngày 9/5, máy tính lượng tử siêu dẫn thế hệ thứ tư “Origin Wukong-180” do công ty Origin Quantum của Trung Quốc phát triển đã chính thức đi vào hoạt động và bắt đầu tiếp nhận các tác vụ tính toán lượng tử từ khắp nơi trên thế giới.
Thị trường chứng khoán ngày 11/5: “Đánh úp” cuối phiên, VN Index rơi khỏi mốc 1.900 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 11/5: “Đánh úp” cuối phiên, VN Index rơi khỏi mốc 1.900 điểm

Từ trạng thái hưng phấn đầu ngày, thị trường bất ngờ đảo chiều mạnh trong phiên chiều. VN Index mất gần 20 điểm, sắc đỏ lan rộng và cơ hội tăng điểm chỉ dành cho số ít cổ phiếu có dòng tiền riêng.
Đại hội MTTQ Việt Nam khóa XI khẳng định sức mạnh đại đoàn kết toàn dân tộc

Đại hội MTTQ Việt Nam khóa XI khẳng định sức mạnh đại đoàn kết toàn dân tộc

Với chủ đề của Đại hội: "Đoàn kết - Dân chủ - Đổi mới - Sáng tạo - Phát triển", Đại hội đại biểu Mặt trận Tổ quốc (MTTQ) Việt Nam lần thứ XI nhiệm kỳ 2026-2031 diễn ra từ 11 - 13/5, tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, thành phố Hà Nội.
Cô gái Bách Khoa chọn chỗ khó để đi

Cô gái Bách Khoa chọn chỗ khó để đi

Sáng 10/5, trong Hội trường C2 của Đại học Bách khoa Hà Nội, Dương Thảo Nguyên nhận bằng tốt nghiệp xuất sắc ngành Kỹ thuật hóa học, với điểm trung bình 3,60/4,00. Một tấm bằng được trao trong vài phút. Nhưng phía sau vài phút ấy là bốn năm học, nhiều lần tự vượt qua mình, và một lựa chọn rất giản dị: thấy mình yếu ở đâu thì đi sâu vào đó.
Nhận định phiên giao dịch ngày 11/5: Thận trọng trước áp lực chốt lời vùng đỉnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 11/5: Thận trọng trước áp lực chốt lời vùng đỉnh

Sau giai đoạn tăng mạnh và liên tục xác lập các mốc cao mới, thị trường chứng khoán trong phiên giao dịch ngày 11/5 được dự báo có thể xuất hiện trạng thái rung lắc khi áp lực chốt lời ngắn hạn gia tăng. Dù xu hướng tăng vẫn được duy trì nhờ dòng tiền luân chuyển tích cực, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư nên hạn chế mua đuổi, đặc biệt ở những cổ phiếu đã tăng nóng trong thời gian qua.
vn-web
song-gia-tri