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
Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị quán triệt và triển khai Nghị quyết 10-NQ/TW

Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị quán triệt và triển khai Nghị quyết 10-NQ/TW

Sáng 30/6, tại Hà Nội, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm dự và phát biểu chỉ đạo Hội nghị toàn quốc nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết số 10-NQ/TW ngày 8/6/2026 của Bộ Chính trị về phát triển kinh tế có vốn đầu tư nước ngoài. Tạp chí Tự động hoá Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị.
Thị trường chứng khoán ngày 30/6: Nhóm Vin kéo chỉ số, khối ngoại xả mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 30/6: Nhóm Vin kéo chỉ số, khối ngoại xả mạnh

VN Index khép lại tháng 6 trong sắc xanh nhưng phía sau đó là một phiên giao dịch giằng co, đà tăng chủ yếu đến từ lực kéo của họ Vin. Dòng tiền cải thiện, song lực bán ròng quyết liệt của khối ngoại tại nhóm trụ tiếp tục tạo áp lực tiêu cực lên lên tâm lý thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/7/2026: Tuổi Ngọ đón cơ hội bứt phá, tuổi Mão cần cân nhắc trước khi đầu tư

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/7/2026: Tuổi Ngọ đón cơ hội bứt phá, tuổi Mão cần cân nhắc trước khi đầu tư

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 1/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Tìm sức bật toàn cầu cho cơ khí Việt qua công nghệ đến từ Ý

Tìm sức bật toàn cầu cho cơ khí Việt qua công nghệ đến từ Ý

Ngày 2/7/2026, trong khuôn khổ Triển lãm Quốc tế về Cơ khí chính xác, Máy công cụ và Gia công kim loại (MTA Vietnam 2026) các doanh nghiệp công nghệ sản xuất của Ý sẽ tổ chức hội thảo với chủ đề “Nâng cao năng lực cạnh tranh toàn cầu cho doanh nghiệp Việt Nam: Khai phá lợi thế về độ chính xác thông qua công nghệ sản xuất của Ý”. Hội thảo sẽ tập trung thảo luận về ổn định quy trình, sản xuất sạch, hiệu quả khai thác công nghệ và khả năng đáp ứng yêu cầu của thị trường EU.
BIDV phối hợp vận hành khai trương hệ thống giao dịch các-bon

BIDV phối hợp vận hành khai trương hệ thống giao dịch các-bon

Ngày 29/6/2026, tại Hà Nội, Ngân hàng TMCP Đầu tư và Phát triển Việt Nam (BIDV) đã phối hợp với các cơ quan quản lý tổ chức vận hành khai trương hệ thống giao dịch các-bon trong nước.
Tăng tốc chuyển đổi số ngành điện tử: Diễn đàn về nhà máy thông minh sẽ diễn ra ngày 3/7

Tăng tốc chuyển đổi số ngành điện tử: Diễn đàn về nhà máy thông minh sẽ diễn ra ngày 3/7

Ngày 3/7, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) sẽ tổ chức Diễn đàn "Chuyển đổi số và sản xuất thông minh ngành điện tử Việt Nam: Từ tự động hóa đến nhà máy thông minh trong kỷ nguyên AI" tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC), Đông Anh, Hà Nội. Sự kiện quy tụ các cơ quan quản lý, doanh nghiệp, hiệp hội và chuyên gia nhằm thúc đẩy chuyển đổi số, ứng dụng AI và phát triển mô hình nhà máy thông minh trong ngành điện tử.
Trung tâm dữ liệu AI có thể "sập" vì một cảm biến?

Trung tâm dữ liệu AI có thể "sập" vì một cảm biến?

Khi làn sóng trí tuệ nhân tạo (AI) thúc đẩy sự bùng nổ của các trung tâm dữ liệu siêu lớn trên toàn cầu, cuộc đua hạ tầng công nghệ không còn chỉ xoay quanh chip AI, GPU hay nguồn điện. Một yếu tố ít được nhắc đến hơn nhưng đang trở thành nhân tố quyết định hiệu suất và độ tin cậy của các trung tâm dữ liệu thế hệ mới chính là hệ thống đo lường công nghiệp.
10 trục trặc thường gặp và cách xử lý khi vận hành xe máy điện

10 trục trặc thường gặp và cách xử lý khi vận hành xe máy điện

Xe máy điện đang trở thành phương tiện quen thuộc trong các đô thị Việt Nam. Xe êm, sạch, dễ đi, chi phí vận hành thấp, phù hợp với học sinh, sinh viên, nhân viên văn phòng, người giao hàng và cả các gia đình cần một phương tiện đi lại hằng ngày trong bán kính ngắn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/6: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/6: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán

VN-Index giảm gần 17 điểm trong phiên giao dịch 29/6 do chịu áp lực lớn từ nhóm cổ phiếu Vingroup, song diễn biến thị trường cho thấy dòng tiền vẫn đang có xu hướng lan tỏa sang nhiều nhóm ngành. Các công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu thuộc nhóm ngân hàng, chứng khoán - những lĩnh vực đang thu hút dòng tiền mạnh.
Ra mắt Nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia

Ra mắt Nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia

Trong khuôn khổ hội thảo triển khai các chương trình và chính sách đào tạo nhân lực STEM do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức vào chiều ngày 27/6, tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, Ban tổ chức đã ra mắt nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc