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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/9/2026: Tuổi Thìn vận trình hanh thông, tuổi Dậu nên thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/9/2026: Tuổi Thìn vận trình hanh thông, tuổi Dậu nên thận trọng 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 8/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 07/9: VN Index mất hơn 31 điểm, sắc đỏ phủ kín thị trường

Thị trường chứng khoán ngày 07/9: VN Index mất hơn 31 điểm, sắc đỏ phủ kín thị trường

VN Index chứng kiến sự đảo chiều mạnh khi áp lực bán lan rộng từ nhóm vốn hóa vừa sang các cổ phiếu trụ. Chỉ số đóng cửa giảm hơn 31 điểm với số mã giảm áp đảo và vùng hỗ trợ 1.800 điểm trở thành mốc cần theo dõi trong những phiên tới.
Allied Solutions Global: Hơn 25 năm kiến tạo giải pháp tự động hóa công nghiệp toàn diện tại châu Á và Việt Nam

Allied Solutions Global: Hơn 25 năm kiến tạo giải pháp tự động hóa công nghiệp toàn diện tại châu Á và Việt Nam

Làn sóng chuyển đổi số và sản xuất thông minh đang lan rộng tại Việt Nam đặt các doanh nghiệp sản xuất trước một bài toán ngày càng rõ rệt: triển khai đồng bộ các giải pháp tự động hóa công nghiệp toàn diện - từ thu thập dữ liệu, điều khiển sản xuất cho đến an ninh mạng công nghiệp (OT) để giữ vững năng lực cạnh tranh.
Khoảng trống kế thừa khi AI làm mỏng “bậc thang nghề nghiệp” đầu đời

Khoảng trống kế thừa khi AI làm mỏng “bậc thang nghề nghiệp” đầu đời

Đứng ở chặng cuối của hành trình nghề nghiệp, điều khiến tôi băn khoăn nhất về trí tuệ nhân tạo không phải AI sẽ thông minh đến đâu hay bao nhiêu công việc sẽ bị thay thế.
Bộ điều khiển và động cơ servo Lexium 28 tối ưu hiệu suất lắp đặt

Bộ điều khiển và động cơ servo Lexium 28 tối ưu hiệu suất lắp đặt

Bộ điều khiển và động cơ servo Lexium 28 của Schneider Electric được thiết kế để cung cấp khả năng điều khiển chuyển động tốc độ cao, định vị chính xác và hiệu suất máy móc hiệu quả trong nhiều ngành công nghiệp.
[E-Magazine] Từ xe điện xanh đến hệ thống công nghiệp thông minh

[E-Magazine] Từ xe điện xanh đến hệ thống công nghiệp thông minh

Trong mắt người tiêu dùng, xe điện là một chiếc ô tô chạy êm, không khói, không mùi xăng và hứa hẹn chi phí sử dụng thấp hơn. Nhưng dưới lớp vỏ quen thuộc ấy là một cấu trúc công nghiệp khác hẳn - một hệ thống điện, điều khiển và dữ liệu đang lăn bánh trên đường phố. Chuyển dịch sang xe điện, vì thế, không chỉ là đổi nhiên liệu. Đó là đổi cách nghĩ về ô tô, năng lượng, hạ tầng và năng lực công nghiệp quốc gia.
Nhận định phiên giao dịch ngày 7/9: Thận trọng khi VN-Index tăng mạnh nhờ nhóm vốn hóa lớn

Nhận định phiên giao dịch ngày 7/9: Thận trọng khi VN-Index tăng mạnh nhờ nhóm vốn hóa lớn

Trong phiên giao dịch ngày 7/9, VN-Index nhiều khả năng tiếp tục vận động tích cực nhưng có thể xuất hiện rung lắc khi chỉ số tiến vào vùng kháng cự cao hơn. Nhà đầu tư nên hạn chế tâm lý mua đuổi, đồng thời quan sát khả năng lan tỏa của dòng tiền sang các nhóm cổ phiếu khác thay vì chỉ tập trung vào một số mã vốn hóa lớn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/9/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Dần cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/9/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Dần 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 7/9/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Lợi nhuận Shinhan Bank đạt hơn 2.000 tỷ đồng trong nửa đầu năm 2026

Lợi nhuận Shinhan Bank đạt hơn 2.000 tỷ đồng trong nửa đầu năm 2026

Lợi nhuận tại Shinhan Bank trong 6 tháng đầu năm 2026 giảm nhẹ so với cùng kỳ, chủ yếu do các khoản chi phí tăng, trong khi thu nhập lãi thuần tăng khiêm tốn, dù mảng hoạt động dịch vụ và hoạt động khác ghi nhận kết quả tích cực.
Trường THCS Cát Linh sẵn sàng cho hành trình mới năm học 2026-2027

Trường THCS Cát Linh sẵn sàng cho hành trình mới năm học 2026-2027

Ngày 5/9, hòa chung không khí khai giảng năm học mới trên cả nước, thầy và trò Trường THCS Cát Linh, phường Ô Chợ Dừa, Hà Nội chính thức bước vào năm học 2026-2027 với khí thế phấn khởi, quyết tâm xây dựng môi trường giáo dục tích cực, nuôi dưỡng nhân cách và đánh thức tiềm năng của mỗi học sinh.