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

tan-hoang-minh
Tin bài khác
Phần mềm trung gian trở thành “bộ não” mới của nhà máy

Phần mềm trung gian trở thành “bộ não” mới của nhà máy

Trong nhiều nhà máy hiện đại, chương trình PLC luôn được quản lý chặt chẽ với lịch sử thay đổi, hồ sơ nghiệm thu và quy trình phê duyệt rõ ràng. Tuy nhiên, khi xem xét các thành phần như máy chủ OPC, bộ môi giới MQTT, cấu trúc chủ đề hay bản đồ dữ liệu, nhiều doanh nghiệp lại không có tài liệu quản lý đầy đủ. Những cấu hình quan trọng này thường chỉ tồn tại trong bảng tính hoặc kinh nghiệm của một vài kỹ sư, dù chúng đang quyết định cách dữ liệu được xử lý và luân chuyển trong toàn bộ hệ thống sản xuất.
Hydrogen mở ra cơ hội hình thành ngành công nghiệp năng lượng sạch mới cho Việt Nam

Hydrogen mở ra cơ hội hình thành ngành công nghiệp năng lượng sạch mới cho Việt Nam

Việt Nam sở hữu nhiều lợi thế để phát triển ngành công nghiệp hydrogen nhờ tiềm năng lớn về năng lượng tái tạo, nền tảng của ngành dầu khí và định hướng chuyển dịch năng lượng xanh. Tuy nhiên, để biến tiềm năng thành lợi thế cạnh tranh, các chuyên gia cho rằng cần sớm tháo gỡ những rào cản về hạ tầng, công nghệ, cơ chế chính sách và đẩy mạnh nghiên cứu các nguồn hydrogen mới, đặc biệt là hydrogen tự nhiên (hydrogen trắng).
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/7: Thận trọng, hạn chế mở thêm vị thế mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/7: Thận trọng, hạn chế mở thêm vị thế mua mới

VN-Index có phiên tăng thứ hai liên tiếp và lấy lại mốc 1.700 điểm, song đà phục hồi vẫn thiếu những tín hiệu xác nhận về xu hướng khi thanh khoản suy giảm và dòng tiền chủ yếu tập trung vào nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì sự thận trọng, hạn chế mở thêm vị thế mua mới và cân nhắc giảm tỷ trọng khi chỉ số tiến vào vùng kháng cự.
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm phát biểu chỉ đạo tại Hội nghị toàn quốc quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết Hội nghị Trung ương 3

Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm phát biểu chỉ đạo tại Hội nghị toàn quốc quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết Hội nghị Trung ương 3

Sáng 29/7, Bộ Chính trị tổ chức Hội nghị toàn quốc nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết Hội nghị lần thứ ba Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XIV. Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đã có bài phát biểu chỉ đạo quan trọng. Tạp chí Tự động hoá Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn bài phát biểu của đồng chí Tổng Bí thư, Chủ tịch nước.
Thị trường chứng khoán ngày 29/7: Nhóm Vin trở lại vai trò đầu tàu, VN Index vượt mốc 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 29/7: Nhóm Vin trở lại vai trò đầu tàu, VN Index vượt mốc 1.700 điểm

Hai phiên tăng liên tiếp giúp VN Index thoát khỏi vùng quá bán và lấy lại mốc 1.700 điểm. Tuy nhiên, phía sau sắc xanh là việc thị trường vẫn chủ yếu được nâng đỡ bởi nhóm Vin, còn dòng tiền vẫn chưa thực sự trở lại.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/7/2026: Tuổi Hợi đón quý nhân nâng đỡ, tuổi Thìn cần cẩn trọng khi đưa ra quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/7/2026: Tuổi Hợi đón quý nhân nâng đỡ, tuổi Thìn cần cẩn trọng khi đưa ra quyết định

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 30/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Ứng dụng thiết bị một cổng Single-site trên robot thế hệ mới trong điều trị ung thư

Ứng dụng thiết bị một cổng Single-site trên robot thế hệ mới trong điều trị ung thư

Tâm Anh là bệnh viện đầu tiên tại Việt Nam ứng dụng thiết bị một cổng Single-site trên robot thế hệ mới điều trị ung thư tuyến tiền liệt, nhân đôi hiệu quả.
Công ty TNHH Xây dựng và Giải pháp Năng lượng Thông minh tuyển dụng kỹ sư điện

Công ty TNHH Xây dựng và Giải pháp Năng lượng Thông minh tuyển dụng kỹ sư điện

Công ty TNHH Xây dựng và giải pháp Năng lượng Thông minh (INS Engineering) tuyển dụng những bạn trẻ năng động, mong muốn học hỏi và phát triển cùng đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm, hỗ trợ các dự án nghiên cứu liên kết lưới điện và năng lượng tái tạo tại thị trường Mỹ, Châu Âu. Tạo nền tàng cho sự phát triển của Châu Á sắp tới.
Thiết bị IoT công nghiệp hết vòng đời: “Điểm mù” an ninh mạng mà doanh nghiệp không thể bỏ qua

Thiết bị IoT công nghiệp hết vòng đời: “Điểm mù” an ninh mạng mà doanh nghiệp không thể bỏ qua

Trong quá trình chuyển đổi số, nhiều nhà máy vẫn duy trì vận hành các thiết bị IoT công nghiệp đã hết vòng đời (End of Life - EOL) nhằm tiết kiệm chi phí đầu tư. Dù vẫn hoạt động ổn định, những thiết bị này lại đang trở thành một trong những điểm yếu lớn nhất của hệ thống an ninh mạng công nghiệp khi không còn được nhà sản xuất cung cấp bản vá bảo mật hay hỗ trợ kỹ thuật.
Có gì đáng chú ý trên 2 mẫu xe điện vừa trình làng của Honda và Yamaha

Có gì đáng chú ý trên 2 mẫu xe điện vừa trình làng của Honda và Yamaha

Trong khuôn khổ sự kiện giới thiệu sản phẩm mới tại thị trường Ấn Độ ngày 24/7, Honda đã công bố mẫu xe máy điện thuần túy QC3, song song với 9 nền tảng xe sử dụng động cơ đốt trong truyền thống.
song-gia-tri