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
TP.Hồ Chí Minh đưa KHCN từ phòng thí nghiệm vào thực tiễn, tạo động lực tăng trưởng mới

TP.Hồ Chí Minh đưa KHCN từ phòng thí nghiệm vào thực tiễn, tạo động lực tăng trưởng mới

Sau hơn một năm triển khai Nghị quyết 57-NQ/TW, TP.Hồ Chí Minh đang từng bước chuyển trọng tâm phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số từ việc xây dựng cơ chế, chính sách sang hình thành những mô hình có khả năng tạo ra giá trị thực.
Dòng chảy trí tuệ qua các thế hệ Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam

Dòng chảy trí tuệ qua các thế hệ Chủ tịch Liên hiệp Hội Việt Nam

Hơn 43 năm xây dựng và phát triển, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) đã quy tụ, đoàn kết và phát huy sức sáng tạo của đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ. Qua các thời kỳ, những người đứng đầu Liên hiệp Hội Việt Nam đều là những nhà khoa học có uy tín, bản lĩnh và trách nhiệm xã hội. Dù ở những cương vị, lĩnh vực chuyên môn và hoàn cảnh lịch sử khác nhau, các thế hệ Chủ tịch đều để lại những dấu ấn riêng, cùng tạo nên một dòng chảy xuyên suốt: trí tuệ gắn với trách nhiệm, khoa học gắn với thực tiễn và cống hiến gắn với lợi ích quốc gia, dân tộc.
Cấp học bổng toàn phần cho 1.500 nhà khoa học trẻ, sinh viên xuất sắc đi đào tạo ở nước ngoài về công nghệ chiến lược

Cấp học bổng toàn phần cho 1.500 nhà khoa học trẻ, sinh viên xuất sắc đi đào tạo ở nước ngoài về công nghệ chiến lược

Phó Thủ tướng Lê Tiến Châu ký Quyết định số 1600/QĐ-TTg phê duyệt Đề án “Chương trình học bổng toàn phần dành cho các nhà khoa học trẻ, sinh viên xuất sắc đi đào tạo tại các trường đại học hàng đầu thế giới về các công nghệ chiến lược” (Đề án).
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/8: Thận trọng, giữ danh mục hiện tại

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/8: Thận trọng, giữ danh mục hiện tại

VN-Index tăng hơn 7 điểm trong phiên 20/8, nhưng thanh khoản xuống mức thấp nhất từ đầu năm và đà tăng phụ thuộc đáng kể vào nhóm vốn hóa lớn. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục thận trọng, duy trì danh mục hiện tại và chờ tín hiệu rõ hơn từ dòng tiền.
BIDV Contact Center - Điểm giao giữa AI và EI trong kỷ nguyên trí tuệ nhân tạo

BIDV Contact Center - Điểm giao giữa AI và EI trong kỷ nguyên trí tuệ nhân tạo

Trong kỷ nguyên AI, lợi thế cạnh tranh của ngành Contact Center không còn nằm ở việc doanh nghiệp sở hữu AI mạnh đến đâu, mà ở khả năng kết hợp Intelligence của máy (AI) với Emotional Intelligence (EI) của con người để tạo ra những trải nghiệm khách hàng mà một trong hai bên - nếu đứng riêng lẻ - đều không thể mang lại một cách trọn vẹn và tối ưu.
Thị trường chứng khoán ngày 20/8: Sắc xanh trở lại nhưng dòng tiền vẫn dè dặt trước vùng 1.750 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 20/8: Sắc xanh trở lại nhưng dòng tiền vẫn dè dặt trước vùng 1.750 điểm

Chỉ số giữ sắc xanh cả phiên nhưng vẫn không thể bứt qua vùng cản ngắn hạn, trong khi thanh khoản teo lại và khối ngoại tiếp tục bán ròng. Thị trường đang thiếu chất xúc tác để thoát khỏi trạng thái đi ngang.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/8/2026: Tuổi Mão vận trình khởi sắc, tuổi Dậu cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/8/2026: Tuổi Mão vận trình khởi sắc, tuổi Dậu cần thận trọng

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 21/8/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Ra mắt Viện Kinh tế và Quản lý Văn hóa Kiến trúc (IEC): Từ nghiên cứu đến phát triển thực tiễn

Ra mắt Viện Kinh tế và Quản lý Văn hóa Kiến trúc (IEC): Từ nghiên cứu đến phát triển thực tiễn

TP.Hồ Chí Minh đứng trước yêu cầu nâng cao năng suất, phát triển đô thị thông minh, mở rộng không gian kinh tế và tăng cường liên kết quốc tế, nhu cầu kết nối giữa nghiên cứu, tư vấn chính sách và triển khai thực tiễn ngày càng rõ nét.
Đại hội IX Liên hiệp Hội Việt Nam diễn ra trong hai ngày 27 và 28 tháng 8

Đại hội IX Liên hiệp Hội Việt Nam diễn ra trong hai ngày 27 và 28 tháng 8

Đại hội đại biểu toàn quốc Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam lần thứ IX, nhiệm kỳ 2026-2031, sẽ diễn ra trong hai ngày 27-28/8 tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Hà Nội, với mục tiêu tạo bước chuyển mới về tư duy, nội dung và phương thức hoạt động, phát huy mạnh mẽ hơn nguồn lực trí thức khoa học và công nghệ.
Những bước chuyển lớn của ngành Công nghệ bán dẫn

Những bước chuyển lớn của ngành Công nghệ bán dẫn

Mùa tuyển sinh đại học năm học 2026 - 2027 chứng kiến sự bùng nổ mạnh mẽ của ngành Công nghệ bán dẫn với những quy định mới khắt khe về đầu vào, điểm chuẩn chạm đỉnh và các chính sách an sinh đột phá từ Chính phủ.