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
Về nguồn ở ATK Định Hóa: Hành trình trở về cội nguồn của lý luận và niềm tin

Về nguồn ở ATK Định Hóa: Hành trình trở về cội nguồn của lý luận và niềm tin

Có những bài học không chỉ được tiếp thu từ giáo trình hay những giờ lên lớp. Có những bài học chỉ thực sự thấm khi mỗi người được đặt chân đến những địa danh đã làm nên lịch sử dân tộc, được lặng im trước mái lán đơn sơ của Bác Hồ, được nghe tiếng gió rừng Việt Bắc thì thầm qua những tán cây cổ thụ và hình dung về những năm tháng gian khó nhưng đầy hào hùng của dân tộc.
Phân tích đặc tính của động cơ tự đỡ không rãnh

Phân tích đặc tính của động cơ tự đỡ không rãnh

Bài báo này trình bày quá trình kiểm chứng thực nghiệm toàn diện đối với nguyên mẫu SSBM 3 bậc tự do (3-DOF), tập trung vào việc đặc trưng hóa các lực đỡ hướng kính (F_x, F_y) và mô-men xoắn quay (τ).
VCCA 2026: Diễn đàn doanh nghiệp thúc đẩy kết nối công nghệ thông minh và đổi mới sáng tạo vì tăng trưởng bền vững

VCCA 2026: Diễn đàn doanh nghiệp thúc đẩy kết nối công nghệ thông minh và đổi mới sáng tạo vì tăng trưởng bền vững

Trong khuôn khổ Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế về Điều khiển và Tự động hóa lần thứ 8 (VCCA 2026 – AT EXPO 2026), chiều 16/7, Diễn đàn Doanh nghiệp với chủ đề “Công nghệ thông minh, đổi mới sáng tạo trong các lĩnh vực của nền kinh tế” đã quy tụ các nhà khoa học, chuyên gia, doanh nghiệp và nhà quản lý trong nước, quốc tế cùng trao đổi những xu hướng công nghệ mới, chia sẻ kinh nghiệm triển khai chuyển đổi số, AI, tự động hóa và mô hình phát triển hệ sinh thái đổi mới sáng tạo.
Nhận định phiên giao dịch ngày 17/7: Kiên nhẫn chờ VN-Index vượt mốc 1.820 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 17/7: Kiên nhẫn chờ VN-Index vượt mốc 1.820 điểm

Sau khi kiểm định thành công vùng hỗ trợ MA200, thị trường chứng khoán đã có phiên hồi phục mạnh trong ngày 16/7 với sự dẫn dắt của nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn. Dù các tín hiệu kỹ thuật đang dần cải thiện, nhiều chuyên gia vẫn khuyến nghị nhà đầu tư duy trì sự thận trọng và chỉ cân nhắc gia tăng tỷ trọng khi VN-Index vượt ngưỡng 1.820 điểm với thanh khoản bùng nổ.
Tạp chí Giáo dục và Xã hội có Phó Tổng biên tập mới

Tạp chí Giáo dục và Xã hội có Phó Tổng biên tập mới

Nhà báo Vũ Đình Thơm vừa được Viện Nghiên cứu và Ứng dụng công nghệ giáo dục ATEC công bố Quyết định bổ nhiệm chức vụ Phó Tổng Biên tập Tạp chí Giáo dục và Xã hội.
Thị trường chứng khoán ngày 16/7: VN Index lội ngược dòng ngoạn mục nhờ dòng tiền bắt đáy

Thị trường chứng khoán ngày 16/7: VN Index lội ngược dòng ngoạn mục nhờ dòng tiền bắt đáy

Từ trạng thái giảm gần 25 điểm, VN Index bất ngờ “quay xe” mạnh mẽ trong phiên chiều. Dòng tiền bắt đáy bùng nổ kéo hàng loạt cổ phiếu trụ tăng tốc, giúp thị trường lấy lại mốc 1.800 điểm chỉ sau vài giờ giao dịch đầy kịch tính.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/7/2026: Tuổi Thân sự nghiệp thăng hoa, tuổi Sửu cần thận trọng chuyện tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/7/2026: Tuổi Thân sự nghiệp thăng hoa, tuổi Sửu cần thận trọng chuyện 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 17/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Hàn Mỹ Việt đồng hành cùng Gia Lai nâng cao giá trị nông sản

Hàn Mỹ Việt đồng hành cùng Gia Lai nâng cao giá trị nông sản

Từ kiểm soát môi trường nuôi, theo dõi điều kiện đất và vi khí hậu cây trồng đến phân loại nông sản sau thu hoạch, công nghệ đang ngày càng hiện diện rõ nét trong toàn bộ chuỗi giá trị nông nghiệp. Tại VCCA 2026, Hàn Mỹ Việt giới thiệu các giải pháp CONOTEC cho nuôi yến và chăn nuôi, thiết bị giám sát môi trường - đất phục vụ trồng trọt, cùng máy tách màu RealTech, qua đó hướng đến mục tiêu giúp các cơ sở sản xuất tại Gia Lai nâng cao tính chủ động, chuẩn hóa chất lượng và gia tăng giá trị nông sản.
Thúc đẩy chuyển đổi năng lượng, phát triển kinh tế xanh qua các triển lãm đồng tổ chức tại TP. Hồ Chí Minh

Thúc đẩy chuyển đổi năng lượng, phát triển kinh tế xanh qua các triển lãm đồng tổ chức tại TP. Hồ Chí Minh

Diễn ra từ ngày 15 - 17/7/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, Triển lãm Quốc tế lần thứ 19 về Công nghệ, Thiết bị Điện (Vietnam ETE 2026), Triển lãm Sản phẩm tiết kiệm năng lượng, Năng lượng xanh (Greenergy Expo 2026) cùng Triển lãm Điện và năng lượng (Elecs Vietnam 2026) tiếp tục khẳng định vị thế là sự kiện thường niên uy tín hàng đầu trong lĩnh vực điện - năng lượng tại Việt Nam. Đồng thời, góp phần thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng, phát triển kinh tế xanh và hiện thực hóa mục tiêu phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050 của Việt Nam.
Khai mạc VCCA 2026: nhiều công nghệ chiến lược được chia sẻ khơi dậy tiềm năng kinh tế cho tỉnh Gia Lai

Khai mạc VCCA 2026: nhiều công nghệ chiến lược được chia sẻ khơi dậy tiềm năng kinh tế cho tỉnh Gia Lai

Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế về Điều khiển và Tự động hóa lần thứ 8 (VCCA 2026) khai mạc sáng 16/7 tại Trường Đại học Quy Nhơn (tỉnh Gia Lai). Với chủ đề “Tự động hoá thông minh- công nghệ chiến lược của Kỷ nguyên số”, sự kiện quy tụ gần 400 trăm nhà khoa học, chuyên gia và doanh nghiệp trong nước, quốc tế nhằm chia sẻ các xu hướng công nghệ chiến lược, thúc đẩy đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số.
vn-web
song-gia-tri