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
Chủ tịch VINASA Nguyễn Văn Khoa tái đắc cử Phó Chủ tịch ASOCIO

Chủ tịch VINASA Nguyễn Văn Khoa tái đắc cử Phó Chủ tịch ASOCIO

Ông Nguyễn Văn Khoa, Chủ tịch Hiệp hội Phần mềm và Dịch vụ CNTT Việt Nam (VINASA), được bầu tiếp tục giữ chức Phó Chủ tịch ASOCIO nhiệm kỳ 2027-2028 tại phiên họp Đại hội đồng ASOCIO diễn ra chiều 5/10 tại Jakarta, Indonesia.
Thị trường chứng khoán ngày 6/10: Thanh khoản tăng mạnh, VN Index đảo chiều sau khi mất 18 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 6/10: Thanh khoản tăng mạnh, VN Index đảo chiều sau khi mất 18 điểm

Có lúc VN Index “bốc hơi” hơn 18 điểm, nhưng bên bán đã không thể duy trì sức ép đến cuối phiên. Dòng tiền bắt đáy bất ngờ nhập cuộc, kéo chỉ số rút chân mạnh và kết phiên trong sắc xanh.
Từ chiếc mũ rơm đến AI: Hành trình học tập không ngừng ở Phường Cầu Giấy - Thành phố Hà Nội

Từ chiếc mũ rơm đến AI: Hành trình học tập không ngừng ở Phường Cầu Giấy - Thành phố Hà Nội

Từ chiếc mũ rơm trong lớp học thời chiến đến những học sinh hôm nay khám phá trí tuệ nhân tạo là một hành trình dài. Thời gian đổi thay, hành trang đến lớp cũng khác, nhưng khát vọng học hỏi, khám phá và vươn tới chân trời tri thức vẫn được trao truyền qua nhiều thế hệ ở Cầu Giấy.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 07/10/2026: Tuổi Tỵ công việc thuận lợi, tuổi Dậu nên thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 07/10/2026: Tuổi Tỵ công việc thuận lợi, tuổi Dậu nên thận trọng tiền bạc

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 07/10/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Xu hướng phát triển nền tảng tính toán AI tự chủ tại Trung Quốc

Xu hướng phát triển nền tảng tính toán AI tự chủ tại Trung Quốc

Sự phát triển của trí tuệ nhân tạo (AI) đang khiến cạnh tranh công nghệ chuyển từ cuộc đua về hiệu năng chip sang xây dựng toàn bộ hệ sinh thái tính toán, trong đó bao gồm phần cứng, ngôn ngữ lập trình, thư viện phần mềm và hạ tầng kết nối.
Sạc nguyên khối và cập nhật OTA: Xe máy điện Việt đang "thông minh hóa" ra sao?

Sạc nguyên khối và cập nhật OTA: Xe máy điện Việt đang "thông minh hóa" ra sao?

Tích hợp sạc nguyên khối, cập nhật phần mềm OTA và hệ truyền động 7.000W, xe máy điện thế hệ mới đang tái định hình chuẩn mực công nghệ di chuyển xanh.
Nhận định phiên giao dịch ngày 6/10: Duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh tâm lý mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 6/10: Duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh tâm lý mua đuổi

VN-Index hồi phục 15 điểm trong phiên 5/10 nhưng dòng tiền chưa thực sự lan tỏa, trong khi các chỉ báo kỹ thuật vẫn cho thấy trạng thái thận trọng. Nhà đầu tư ngắn hạn được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, hạn chế mua đuổi và ưu tiên giao dịch trong vùng 1.750-1.780 điểm.
Infineon mở rộng đầu tư tại Việt Nam, tăng gấp đôi đội ngũ nghiên cứu phát triển

Infineon mở rộng đầu tư tại Việt Nam, tăng gấp đôi đội ngũ nghiên cứu phát triển

Infineon Technologies vừa khai trương văn phòng mới tại TP HCM, đồng thời đặt kế hoạch tăng gấp đôi quy mô đội ngũ nghiên cứu và phát triển (R&D) tại thành phố trong hai năm tới, tập trung vào các công nghệ bán dẫn cho lĩnh vực ôtô.
Thị trường chứng khoán ngày 5/10: VIC kéo chỉ số, VN Index cắt mạch 5 phiên giảm

Thị trường chứng khoán ngày 5/10: VIC kéo chỉ số, VN Index cắt mạch 5 phiên giảm

Sau chuỗi 5 phiên giảm liên tiếp, thị trường đã có sự hồi phục khi nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn, đặc biệt VIC, trở lại dẫn dắt. VN Index tăng hơn 15 điểm, nhưng thanh khoản vẫn thấp và khối ngoại tiếp tục bán ròng, cho thấy nhịp hồi hiện tại mới nghiêng về phục hồi kỹ thuật hơn là tín hiệu xác nhận xu hướng giảm đã kết thúc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/10/2026: Tuổi Mão tài lộc khởi sắc, tuổi Ngọ nên tránh quyết định vội vàng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/10/2026: Tuổi Mão tài lộc khởi sắc, tuổi Ngọ nên tránh quyết định vội vàng

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 6/10/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
master