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
Nhận định phiên giao dịch ngày 15/5: Ưu tiên tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh thay vì mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 15/5: Ưu tiên tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh thay vì mua đuổi

Sau phiên tăng bùng nổ ngày 14/5 với hơn 27 điểm, VN-Index tiếp tục được đánh giá đang duy trì xu hướng tăng tích cực. Tuy nhiên, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư nên ưu tiên gia tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh thay vì mua đuổi trong bối cảnh thị trường đang tiến gần vùng kháng cự mạnh.
Công bố Sáng kiến hợp tác trí tuệ nhân tạo và tự động hoá Trung Quốc - Việt Nam

Công bố Sáng kiến hợp tác trí tuệ nhân tạo và tự động hoá Trung Quốc - Việt Nam

Chiều 14/5, trong khuôn khổ Diễn đàn thượng đỉnh phát triển ngành Trí tuệ nhân tạo Trung Quốc -Asean (Việt Nam) lần thứ 2 đã diễn ra Lễ Công bố “Sáng kiến Hợp tác Trí tuệ nhân tạo và Tự động hoá Trung Quốc – Việt Nam”.
Chung kết cuộc thi thiết kế MCU - FPGA 2026 sẽ tìm ra tài năng trẻ ngành bán dẫn

Chung kết cuộc thi thiết kế MCU - FPGA 2026 sẽ tìm ra tài năng trẻ ngành bán dẫn

Cuộc thi “Thiết kế MCU - FPGA Hà Nội 2026” được kỳ vọng trở thành sân chơi học thuật chuyên nghiệp cho sinh viên yêu thích công nghệ vi mạch, FPGA và hệ thống nhúng. Sau hơn 4 tháng tranh tài, các đội xuất sắc sẽ bước vào vòng chung kết dự kiến tổ chức vào tháng 7/2026.
Thị trường chứng khoán ngày 14/5: VN-Index tăng hơn 27 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 14/5: VN-Index tăng hơn 27 điểm

Thị trường chứng khoán kết thúc phiên giao dịch ngày 14/5 trong trạng thái hưng phấn khi lực cầu gia tăng mạnh về cuối phiên, giúp VN-Index bật tăng hơn 27 điểm và vượt mốc 1.925 điểm – vùng điểm cao nhất trong lịch sử thị trường chứng khoán Việt Nam. Đây cũng là mức tăng mạnh nhất của chỉ số kể từ phiên bùng nổ ngày 8/4.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/5/2026: Tuổi Tỵ vướng vào thị phi, tuổi Ngọ trở nên nóng nảy

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/5/2026: Tuổi Tỵ vướng vào thị phi, tuổi Ngọ trở nên nóng nảy

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 15/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Khai mạc Triển lãm quốc tế về Tự động hóa và Công nghệ AT Expo 2026

Khai mạc Triển lãm quốc tế về Tự động hóa và Công nghệ AT Expo 2026

Sáng 14/5, tại Hà Nội, Lễ khai mạc Triển lãm quốc tế về Tự động hóa và Công nghệ - AT Expo 2026 đã chính thức diễn ra. Sự kiện do Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) phối hợp với Công ty CP Hội chợ Triển lãm và Quảng cáo Việt Nam (VIETFAIR) tổ chức, thu hút đông đảo doanh nghiệp, chuyên gia và tổ chức công nghệ trong và ngoài nước tham dự.
AI for Good Việt Nam 2026: Khi những trăn trở, ước mơ của học sinh biến thành các giải pháp AI vì cộng đồng

AI for Good Việt Nam 2026: Khi những trăn trở, ước mơ của học sinh biến thành các giải pháp AI vì cộng đồng

Mới đây, cuộc thi “AI for Good Việt Nam 2026” do Viện Nghiên cứu quản lý phát triển bền vững MSD United Way Vietnam và InterEdu phối hợp tổ chức đã chính thức khép lại bằng Lễ Tổng kết diễn ra tại Trường Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội.
350 gian hàng quy tụ tại triển lãm Vinamac Expo 2026

350 gian hàng quy tụ tại triển lãm Vinamac Expo 2026

Triển lãm Quốc tế về máy móc, thiết bị, công nghệ và sản phẩm công nghiệp lần thứ 23 - Vinamac Expo 2026 đã khai mạc sáng 14/5 tại Cung Văn hóa Hữu nghị Việt Xô, Hà Nội.
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/5: VN-Index có thể tiếp tục rung lắc quanh vùng kháng cự

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/5: VN-Index có thể tiếp tục rung lắc quanh vùng kháng cự

Sau phiên giao dịch ngày 13/5 với diễn biến giằng co nhưng vẫn giữ được sắc xanh, thị trường chứng khoán được dự báo sẽ tiếp tục đối mặt với áp lực rung lắc trong phiên 14/5 khi VN-Index tiến gần các vùng kháng cự ngắn hạn.
Nhà máy không công nhân: Giấc mơ của kỷ nguyên AI hay vẫn chỉ là khoa học viễn tưởng?

Nhà máy không công nhân: Giấc mơ của kỷ nguyên AI hay vẫn chỉ là khoa học viễn tưởng?

Trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo (AI), robot và hệ thống điều khiển thông minh phát triển nhanh chóng, ý tưởng về một nhà máy vận hành hoàn toàn tự động không cần con người đang ngày càng thu hút sự chú ý của ngành công nghiệp. Tuy nhiên, theo nhiều chuyên gia tự động hóa, triển vọng này vẫn còn nhiều giới hạn và phụ thuộc lớn vào bản chất của từng loại hình sản xuất.
vn-web
song-gia-tri