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
Từ SCADA phân tán đến nền tảng Vận hành nước hợp nhất

Từ SCADA phân tán đến nền tảng Vận hành nước hợp nhất

Bài viết đề xuất một mô hình khái niệm cho Nền tảng vận hành nước hợp nhất (Unified Water Operations Platform - UWOP), trong đó dữ liệu từ nguồn nước, nhà máy, trạm bơm và mạng phân phối được chuẩn hóa theo ngữ cảnh tài sản trước khi tổng hợp thành chỉ số phục vụ ra quyết định.
Novaland điều chỉnh phương án sử dụng hơn 8.000 tỷ đồng huy động từ cổ đông

Novaland điều chỉnh phương án sử dụng hơn 8.000 tỷ đồng huy động từ cổ đông

Novaland dự kiến huy động hơn 8.006 tỷ đồng từ chào bán cổ phiếu cho cổ đông hiện hữu, phần lớn được sử dụng để thanh toán các khoản nợ, nghĩa vụ tài chính.
Nhận định phiên giao dịch ngày 13/8: Nắm giữ danh mục, hạn chế mua đuổi trong các phiên tăng

Nhận định phiên giao dịch ngày 13/8: Nắm giữ danh mục, hạn chế mua đuổi trong các phiên tăng

VN-Index phục hồi mạnh và tiến sát ngưỡng 1.800 điểm trong phiên 12/8, song thanh khoản suy giảm và dòng tiền chủ yếu tập trung ở nhóm vốn hóa lớn. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục nắm giữ danh mục, hạn chế mua đuổi trong những phiên tăng và chỉ cân nhắc gia tăng vị thế khi thị trường xuất hiện nhịp rung lắc.
Cổ đông của Bảo hiểm Quân đội (MIC) sắp nhận hơn 211 tỷ đồng cổ tức tiền mặt

Cổ đông của Bảo hiểm Quân đội (MIC) sắp nhận hơn 211 tỷ đồng cổ tức tiền mặt

Bảo hiểm Quân đội (MIC, mã: MIG) thông báo sẽ chốt danh sách cổ đông nhận cổ tức năm 2025 bằng tiền mặt với tỷ lệ 10% vào cuối tháng 8 này và thực hiện chi trả trong tháng 9/2026. Đồng thời, báo cáo tiến độ sử dụng số tiền thu được từ đợt chào bán cổ phiếu.
Thí sinh 13 tuổi đạt điểm cao nhất 99/100 điểm tại Yoshine Music Festival 2026

Thí sinh 13 tuổi đạt điểm cao nhất 99/100 điểm tại Yoshine Music Festival 2026

Vượt qua hơn 3.000 thí sinh tại ba khu vực Bắc - Trung - Nam, Nguyễn Thái An, 13 tuổi, đến từ TP.HCM, đạt 99/100 điểm tại Yoshine Music Festival 2026.
Thị trường chứng khoán ngày 12/8: Nhóm Vin tỏa sáng, VN Index chỉ còn cách “cửa ải” 1.800 điểm một bước ngắn

Thị trường chứng khoán ngày 12/8: Nhóm Vin tỏa sáng, VN Index chỉ còn cách “cửa ải” 1.800 điểm một bước ngắn

Cổ phiếu VIC, VHM cùng nhiều mã trụ khác đồng loạt bật tăng, đưa VN Index tiến sát mốc 1.800 điểm. Dù chỉ số tăng gần 20 điểm, thanh khoản xuống thấp lại phát đi tín hiệu rằng dòng tiền chưa thực sự sẵn sàng cho một cú bứt phá.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/8/2026: Tuổi Dần tài lộc hanh thông, tuổi Tỵ cần tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/8/2026: Tuổi Dần tài lộc hanh thông, tuổi Tỵ cần tránh nóng vội

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 13/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Lợi nhuận tại May Sông Hồng (MSH) tăng trưởng 2 chữ số, quy mô tài sản tiếp tục mở rộng

Lợi nhuận tại May Sông Hồng (MSH) tăng trưởng 2 chữ số, quy mô tài sản tiếp tục mở rộng

Công ty cổ phần May Sông Hồng (mã chứng khoán: MSH) vừa công bố báo cáo tài chính quý II/2026 với kết quả kinh doanh tương đối lạc quan bất chấp áp lực từ chi phí sản xuất và sự sụt giảm của mảng tài chính.
Nhận định phiên giao dịch ngày 12/8: VN-Index cần giữ vững vùng MA200

Nhận định phiên giao dịch ngày 12/8: VN-Index cần giữ vững vùng MA200

VN-Index được dự báo tiếp tục giằng co khi đang vận động quanh đường MA200 ngày. Trong bối cảnh dòng tiền phân hóa và khối ngoại có dấu hiệu quay lại bán ròng, phản ứng của chỉ số tại vùng hỗ trợ quan trọng này sẽ quyết định xu hướng ngắn hạn.
Không chỉ đi xa và chạy khỏe, Yadea GT80 còn là một thiết bị IoT thực thụ

Không chỉ đi xa và chạy khỏe, Yadea GT80 còn là một thiết bị IoT thực thụ

Yadea vừa chính thức giới thiệu mẫu xe điện GT80 tại thị trường Thái Lan, đánh dấu sự xuất hiện đầu tiên của dòng xe hiệu suất cao này tại khu vực Đông Nam Á.
song-gia-tri