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
Chile có thể tiết kiệm 27 tỷ USD nhập khẩu nhiên liệu nhờ đẩy nhanh chuyển đổi sang xe điện

Chile có thể tiết kiệm 27 tỷ USD nhập khẩu nhiên liệu nhờ đẩy nhanh chuyển đổi sang xe điện

Chile có thể tiết kiệm khoảng 27 tỷ USD chi phí nhập khẩu nhiên liệu lũy kế đến năm 2050 nếu đẩy nhanh quá trình chuyển đổi sang xe điện chạy pin.
Cảm biến đa vòng MZ1: Đơn giản hóa tích hợp với đầu ra analog

Cảm biến đa vòng MZ1: Đơn giản hóa tích hợp với đầu ra analog

Novotechnik vừa bổ sung tùy chọn đầu ra analog cho cảm biến góc quay đa vòng MZ1, mang đến giải pháp kết nối đơn giản và thuận tiện hơn cho các hệ thống điều khiển công nghiệp. Với khả năng cung cấp tín hiệu điện áp trực tiếp, tỷ lệ thuận với điện áp nguồn, sản phẩm giúp các kỹ sư giảm bớt yêu cầu lập trình, cấu hình giao diện và thiết lập giao thức truyền thông trong quá trình phát triển hệ thống.
Thị trường chứng khoán ngày 13/11: 192 cổ phiếu vẫn chìm trong sắc đỏ, VN Index thoát hiểm phút cuối

Thị trường chứng khoán ngày 13/11: 192 cổ phiếu vẫn chìm trong sắc đỏ, VN Index thoát hiểm phút cuối

Tưởng chừng tiếp tục có thêm một phiên giảm điểm, VN Index bất ngờ thoát sắc đỏ trong những phút cuối nhờ lực cầu bắt đáy. Tuy nhiên, dù đạt được mức tăng nhẹ, thị trường vẫn ngập trong sắc đỏ, với 192 cổ phiếu giảm giá và thanh khoản vẫn ở mức thấp.
TP.Hồ Chí Minh mở rộng hợp tác quốc tế về công nghệ chiến lược

TP.Hồ Chí Minh mở rộng hợp tác quốc tế về công nghệ chiến lược

TP.Hồ Chí Minh đang đẩy mạnh hợp tác với các tập đoàn và tổ chức quốc tế trong lĩnh vực AI, hạ tầng số, sản xuất thông minh và bán dẫn.
Doanh nghiệp Nhật Bản đẩy mạnh đầu tư tại TP. Hồ Chí Minh

Doanh nghiệp Nhật Bản đẩy mạnh đầu tư tại TP. Hồ Chí Minh

Trong 8 tháng năm 2026, tổng kim ngạch xuất nhập khẩu giữa doanh nghiệp TP. Hồ Chí Minh và Nhật Bản đạt khoảng 7,03 tỷ USD, chiếm 5,6% tổng kim ngạch xuất nhập khẩu của Thành phố. Trong đó, kim ngạch xuất khẩu sang Nhật Bản đạt 3,99 tỷ USD và nhập khẩu đạt 3,04 tỷ USD, đưa mức xuất siêu của Thành phố đạt khoảng 941,3 triệu USD.
AI công nghiệp có sự tham gia của con người: Bảo tồn tri thức, nâng cao năng lực ra quyết định

AI công nghiệp có sự tham gia của con người: Bảo tồn tri thức, nâng cao năng lực ra quyết định

Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI), đặc biệt là các tác nhân AI có khả năng thực hiện quy trình công việc phức tạp, đang mở ra nhiều cơ hội cho ngành công nghiệp.
BIDV được vinh danh trong Top 50 Thương hiệu dẫn đầu Việt Nam

BIDV được vinh danh trong Top 50 Thương hiệu dẫn đầu Việt Nam

Với giá trị thương hiệu đạt 2,246 tỷ USD, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) xếp thứ 4 trong danh sách 50 Thương hiệu dẫn đầu Việt Nam năm 2026, tiếp tục khẳng định vị thế của một thương hiệu ngân hàng hàng đầu tại Việt Nam.
Nhiệt điện Hải Phòng đồng hành cùng người dân khắc phục ảnh hưởng từ sự cố môi trường

Nhiệt điện Hải Phòng đồng hành cùng người dân khắc phục ảnh hưởng từ sự cố môi trường

Trước sự cố phát tán bụi thạch cao trong quá trình sửa chữa hệ thống xử lý khí thải tại Tổ máy số 3, Công ty Cổ phần Nhiệt điện Hải Phòng đã và đang khẩn trương triển khai các biện pháp khắc phục, tổ chức thu gom, vệ sinh môi trường tại khu vực bị ảnh hưởng, đồng thời phối hợp chặt chẽ với chính quyền địa phương để hỗ trợ người dân ổn định sinh hoạt.
Bộ điều khiển phi tuyến dạng tầng cho phương tiện đệm khí chuyển động một chiều

Bộ điều khiển phi tuyến dạng tầng cho phương tiện đệm khí chuyển động một chiều

Các phương tiện robot đệm khí hoạt động trên bề mặt môi trường, đặc biệt là sông, biển và vùng đầm lầy, ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu cũng như các nhà phát triển sản phẩm thương mại. Tuy nhiên, việc phát triển các bộ điều khiển tự động cho những hệ thống này vẫn là một thách thức lớn đối với cộng đồng khoa học.
Đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam: Động lực phát triển kinh tế trong kỷ nguyên số

Đường sắt tốc độ cao Bắc - Nam: Động lực phát triển kinh tế trong kỷ nguyên số

Trong thời đại vạn vật kết nối (Internet of things - IoT), Quản trị kinh tế bền vững là quá trình hoạch định và điều hành vĩ mô theo bộ khung phát triển chiến lược trên nền tảng công nghệ số nhằm tối ưu hóa, đồng bộ hóa các nguồn lực cốt lõi để hướng tới xây dựng một nền kinh tế thông minh, tự chủ và thịnh vượng
master