acecook

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

mca
Tin bài khác
Viettel phát triển bản sao số trạm BTS, cắt giảm tới 50% thời gian và nhân lực khảo sát

Viettel phát triển bản sao số trạm BTS, cắt giảm tới 50% thời gian và nhân lực khảo sát

Vượt qua nhiều tên tuổi lớn trong ngành viễn thông và công nghệ, Viettel BTS Digital Twin giúp Viettel AI ghi tên vào danh sách đề cử Glotel Awards 2025. Sự xuất hiện của sản phẩm “Make in Vietnam” tại giải thưởng tầm cỡ quốc tế tiếp tục khẳng định vị thế đổi mới sáng tạo của doanh nghiệp Việt.
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/11: Canh nhịp biến động để tìm kiếm cơ hội

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/11: Canh nhịp biến động để tìm kiếm cơ hội

Phiên ngày 20/11 hồi phục nhẹ nhưng thanh khoản vẫn ở mức thấp, VN-Index được dự báo tiếp tục dao động trong vùng tăng, mở ra cơ hội cho những chiến lược giải ngân linh hoạt.
Nghiên cứu thiết kế thiết bị chia thuốc tự động cho gia đình trên nền hệ thống nhúng

Nghiên cứu thiết kế thiết bị chia thuốc tự động cho gia đình trên nền hệ thống nhúng

Bài báo này trình bày quy trình thiết kế và phát triển một thiết bị phân phối thuốc tự động với các đặc điểm gọn nhẹ và chi phí thấp, nhằm mục đích tăng cường sự tuân thủ lịch trình dùng thuốc chính xác của người dùng trong môi trường gia đình.
Samsung trình làng Galaxy Book5 Edge: Bổ sung 5G, tinh chỉnh thiết kế so với thế hệ trước

Samsung trình làng Galaxy Book5 Edge: Bổ sung 5G, tinh chỉnh thiết kế so với thế hệ trước

Không rầm rộ như các dòng smartphone, Samsung âm thầm nâng cấp dòng laptop của mình bằng Galaxy Book5 Edge - phiên bản bổ sung 5G và tinh chỉnh phần cứng nhằm tối ưu trải nghiệm người dùng.
Không đợi tương lai gõ cửa: Vinamilk dẫn đầu xu hướng tiêu dùng xanh

Không đợi tương lai gõ cửa: Vinamilk dẫn đầu xu hướng tiêu dùng xanh

Khi 80% người tiêu dùng toàn cầu sẵn sàng trả thêm tiền cho sản phẩm xanh, câu hỏi không còn là “chuyển đổi hay không” mà là “doanh nghiệp nào đã sẵn sàng”?
Gìn giữ và lan tỏa mạnh mẽ Nghi lễ và trò chơi Kéo co Ngồi tại Đền Trấn Vũ

Gìn giữ và lan tỏa mạnh mẽ Nghi lễ và trò chơi Kéo co Ngồi tại Đền Trấn Vũ

Nghi lễ và trò chơi Kéo co Ngồi đền Trấn Vũ mang đậm bản sắc dân tộc, thể hiện tinh thần đoàn kết, sức mạnh tập thể và ước vọng mưa thuận gió hòa.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/11/2025: Tuổi Dần thiếu động lực, tuổi Dậu vượng cát khí

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/11/2025: Tuổi Dần thiếu động lực, tuổi Dậu vượng cát khí

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 21/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 20/11: Sắc xanh trở lại dù dòng tiền suy yếu

Thị trường chứng khoán ngày 20/11: Sắc xanh trở lại dù dòng tiền suy yếu

Sau phiên giảm sâu trước, thị trường bất ngờ đảo chiều với cây nến Doji – dấu hiệu cho thấy tâm lý lưỡng lự. Dù vậy, thanh khoản lại rơi xuống mức thấp, thể hiện sự thiếu đồng thuận.
Lucid Bots ra mắt robot rửa áp lực cao tự hành hoàn toàn đầu tiên trong ngành

Lucid Bots ra mắt robot rửa áp lực cao tự hành hoàn toàn đầu tiên trong ngành

Quên đi việc chà rửa mệt mỏi! Lucid Bots vừa giới thiệu Lavo AI, một robot mặt đất có khả năng tự mình làm sạch tới 560 mét vuông mỗi giờ. Đây là lời giải cho bài toán thiếu hụt nhân công và là bước tiến lớn trong việc tự động hóa các công việc bảo trì nặng nhọc.
Những Nhà Giáo ưu tú được công nhận chức danh Giáo sư, Phó giáo sư ngành Tự động hóa 2025

Những Nhà Giáo ưu tú được công nhận chức danh Giáo sư, Phó giáo sư ngành Tự động hóa 2025

Danh sách các Giáo sư, Phó giáo sư ngành Tự động hóa năm 2025 là những nhà khoa học với hồ sơ nghiên cứu nổi bật, nhiều công bố quốc tế và quá trình giảng dạy - quản lý giàu kinh nghiệm. Hồ sơ của các ứng viên cho thấy nỗ lực nâng tầm nghiên cứu lĩnh vực Tự động hóa trong bối cảnh các trường đại học đẩy mạnh chuẩn quốc tế.
song-gia-tri