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
Chuyển đổi số: Từ xây dựng nền tảng đến nâng cao hiệu quả thực chất

Chuyển đổi số: Từ xây dựng nền tảng đến nâng cao hiệu quả thực chất

Sau 6 năm triển khai, chuyển đổi số quốc gia đã đạt nhiều kết quả trong hoàn thiện thể chế, phát triển hạ tầng số và mở rộng dịch vụ công trực tuyến. Tuy nhiên, để chuyển đổi số thực sự trở thành động lực nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí và tăng năng lực cạnh tranh, Việt Nam cần tháo gỡ những điểm nghẽn về dữ liệu, nền tảng, hạ tầng và nguồn nhân lực.
Gói quạt hiệu năng 85% giúp tiết kiệm năng lượng, hoàn vốn đầu tư trong chưa đầy hai năm

Gói quạt hiệu năng 85% giúp tiết kiệm năng lượng, hoàn vốn đầu tư trong chưa đầy hai năm

ABB hợp tác với Novenco, chuyên gia quạt hiệu suất cao của Đan Mạch, phát triển gói quạt hướng trục có hiệu suất hệ thống lên tới 85% trong các hệ thống xử lý không khí (AHU) điển hình. Giải pháp được kỳ vọng giúp doanh nghiệp tiết kiệm năng lượng đáng kể, giảm phát thải carbon và thu hồi vốn đầu tư trong chưa đầy hai năm.
Ông Lê Quang Tự Do được bổ nhiệm làm Cục trưởng Cục Báo chí

Ông Lê Quang Tự Do được bổ nhiệm làm Cục trưởng Cục Báo chí

Ngày 9/10, Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch công bố quyết định điều động, bổ nhiệm ông Lê Quang Tự Do, Cục trưởng Cục Phát thanh, Truyền hình và Thông tin điện tử, giữ chức Cục trưởng Cục Báo chí. Đây là một trong những quyết định kiện toàn nhân sự lãnh đạo các đơn vị thuộc Bộ sau quá trình sắp xếp tổ chức bộ máy.
Hà Nội đặt nguồn nhân lực chất lượng cao vào trung tâm động lực tăng trưởng mới

Hà Nội đặt nguồn nhân lực chất lượng cao vào trung tâm động lực tăng trưởng mới

Diễn đàn Kinh tế Thủ đô lần thứ III năm 2026 (CEF III) đặt nguồn nhân lực chất lượng cao vào vị trí trung tâm của chiến lược nâng cao năng suất, thúc đẩy đổi mới sáng tạo và tăng sức cạnh tranh cho doanh nghiệp. Đây cũng được xem là một trong những nền tảng quan trọng để Hà Nội tạo thêm động lực tăng trưởng trong giai đoạn mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/10/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng trong lời nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/10/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Thìn cần thận trọng trong lời nói

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 10/10/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Vinamilk và bài toán giữ niềm tin người tiêu dùng qua nhiều thế hệ

Vinamilk và bài toán giữ niềm tin người tiêu dùng qua nhiều thế hệ

Trong số hàng nghìn doanh nghiệp được người tiêu dùng bình chọn qua ba thập kỷ, chỉ 28 doanh nghiệp duy trì danh hiệu Hàng Việt Nam Chất lượng cao liên tục 30 năm. Vinamilk là một trong số đó. Đằng sau con số này là hành trình nửa thế kỷ “không ngừng nâng chuẩn” trong khi yêu cầu của người tiêu dùng cũng không đứng yên.
Thị trường chứng khoán ngày 9/10: MCH tạo đột biến thanh khoản, VN Index hồi phục bất thành trước áp lực bán

Thị trường chứng khoán ngày 9/10: MCH tạo đột biến thanh khoản, VN Index hồi phục bất thành trước áp lực bán

VN Index từng sát mốc 1.720 điểm rồi bật ngược, nhưng cú hồi cuối cùng vẫn chưa đủ để đảo chiều. Thanh khoản bùng nổ hơn 27,5 nghìn tỷ đồng gây chú ý, song phần lớn đột biến đến từ thương vụ thỏa thuận MCH trị giá hơn 9,6 nghìn tỷ đồng.
TP.Hồ Chí Minh tạo “bệ phóng” chính sách, mở không gian mới cho công nghệ và tự động hóa

TP.Hồ Chí Minh tạo “bệ phóng” chính sách, mở không gian mới cho công nghệ và tự động hóa

Hàng loạt cơ chế, chính sách mới được TP.Hồ Chí Minh triển khai đang mở rộng không gian hỗ trợ từ nghiên cứu, phát triển công nghệ đến ươm tạo, thương mại hóa và phát triển hạ tầng đổi mới sáng tạo. Với lĩnh vực tự động hóa, đây là nguồn lực cho các ý tưởng công nghệ và là mà còn cơ hội rút ngắn hành trình từ phòng thí nghiệm đến nhà máy, từ nguyên mẫu đến sản phẩm thương mại.
Triển lãm Robot Hà Nội 2026: Kết nối công nghệ với nhu cầu thực tiễn

Triển lãm Robot Hà Nội 2026: Kết nối công nghệ với nhu cầu thực tiễn

Triển lãm Robot Hà Nội năm 2026 diễn ra ngày 8/10 tại Đại học Phenikaa, do Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hà Nội chủ trì, với sự tham gia tổ chức của Trung tâm Chuyển đổi số thành phố Hà Nội, Công ty CP Giải trí và Truyền thông Vicgroup và PHX Smart School.
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/10: Thận trọng, chưa quay lại vị thế mua ròng mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/10: Thận trọng, chưa quay lại vị thế mua ròng mới

VN-Index giảm phiên thứ hai liên tiếp khi áp lực bán lan rộng sang nhiều nhóm ngành, trong đó có các cổ phiếu vốn hóa lớn. Dù thanh khoản cải thiện, dòng tiền vẫn chưa cho thấy tín hiệu đủ mạnh để xác nhận khả năng đảo chiều. Nhà đầu tư được khuyến nghị tiếp tục thận trọng, chưa vội quay lại vị thế mua mới.
master