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
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/11: Ưu tiên chiến lược đầu tư ngắn hạn

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/11: Ưu tiên chiến lược đầu tư ngắn hạn

Phiên giao dịch 13/11, VN-Index giảm nhẹ 0,42 điểm xuống 1.631,44 điểm, phản ánh tâm lý thận trọng của nhà đầu tư. Giới phân tích khuyến nghị ưu tiên chiến lược đầu tư ngắn hạn, tập trung chọn lọc cổ phiếu có nền giá vững và giải ngân thận trọng tại các nhịp rung lắc.
Tự động hóa quy trình thế hệ mới: Linh hoạt, tiêu chuẩn hóa và dựa trên dữ liệu

Tự động hóa quy trình thế hệ mới: Linh hoạt, tiêu chuẩn hóa và dựa trên dữ liệu

Trong hơn bốn thập kỷ qua, các hệ thống điều khiển phân tán (DCS) đã đóng vai trò xương sống của ngành sản xuất toàn cầu, giúp doanh nghiệp duy trì hiệu quả và an toàn trong vận hành. Tuy nhiên, cùng với sự bùng nổ của điện toán đám mây, Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) và trí tuệ nhân tạo (AI), thế hệ hệ thống điều khiển mới đang định hình lại tương lai của tự động hóa quy trình: linh hoạt hơn, mở hơn và thông minh hơn.
OneXFly Apex - máy chơi game cầm tay tản nhiệt nước, hiệu năng "đỉnh" với chip AMD Ryzen AI Max

OneXFly Apex - máy chơi game cầm tay tản nhiệt nước, hiệu năng "đỉnh" với chip AMD Ryzen AI Max

Một “quái thú” mới vừa gia nhập thế giới máy chơi game cầm tay: OneXFly Apex. Trang bị chip AMD Ryzen AI Max, RAM lên tới 128GB, tản nhiệt chất lỏng, và pin 85Wh, thiết bị này hứa hẹn chinh phục cả những tựa game nặng nhất trên nền Windows.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/11/2025: Tuổi Tý không nên mạo hiểm, Tuổi Tỵ vận may tài lộc ghé thăm

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/11/2025: Tuổi Tý không nên mạo hiểm, Tuổi Tỵ vận may tài lộc ghé thăm

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 14/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 13/11: Thị trường thận trọng trước vùng kháng cự, nhóm dầu khí và hóa chất bứt phá

Thị trường chứng khoán ngày 13/11: Thị trường thận trọng trước vùng kháng cự, nhóm dầu khí và hóa chất bứt phá

Phiên 13/11 chứng kiến sự thận trọng trên sàn HoSE khi áp sát vùng kháng cự ngắn hạn. VN Index tạo cây nến Doji nhỏ – dấu hiệu cho thấy thị trường đang “nghỉ lấy sức” sau chuỗi phục hồi tích cực. Trong bối cảnh đó, dòng tiền bất ngờ tìm đến nhóm dầu khí và hóa chất giúp nhiều mã bứt phá.
Việt Nam dẫn đầu khu vực với 11 Giải thưởng ASOCIO 2025: Khẳng định vị thế trung tâm sáng tạo công nghệ số châu Á

Việt Nam dẫn đầu khu vực với 11 Giải thưởng ASOCIO 2025: Khẳng định vị thế trung tâm sáng tạo công nghệ số châu Á

Vượt qua nhiều nền kinh tế mạnh trong khu vực, Việt Nam trở thành quốc gia giành nhiều Giải thưởng ASOCIO 2025 nhất, với tổng cộng 11 giải. Thành tích này không chỉ ghi dấu bước tiến của ngành CNTT Việt Nam trên bản đồ công nghệ châu Á - Thái Bình Dương, mà còn khẳng định Việt Nam đang vươn lên vị trí trung tâm sáng tạo số của khu vực.
Fortinet ra mắt giải pháp bảo mật trung tâm dữ liệu AI, hướng tới bảo vệ mô hình, dữ liệu và cơ sở hạ tầng ở quy mô lớn

Fortinet ra mắt giải pháp bảo mật trung tâm dữ liệu AI, hướng tới bảo vệ mô hình, dữ liệu và cơ sở hạ tầng ở quy mô lớn

Với FortiGate 3800G mới chạy trên nền tảng ASIC cùng khả năng bảo vệ dữ liệu và mối đe dọa nâng cao cho các mô hình LLM, Fortinet cung cấp khuôn khổ bảo mật toàn diện đầu tiên trong ngành cho các trung tâm dữ liệu AI.
AI công nghiệp mở ra kỷ nguyên tự động hóa an toàn và thông minh hơn

AI công nghiệp mở ra kỷ nguyên tự động hóa an toàn và thông minh hơn

Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) - một tổ chức chuyên nghiệp hàng đầu trong lĩnh vực tự động hóa vừa công bố tài liệu lập trường mới mang tên “AI công nghiệp và tác động của nó đối với tự động hóa”, nhằm đưa ra cái nhìn toàn diện về cơ hội, rủi ro và lộ trình triển khai trí tuệ nhân tạo (AI) một cách an toàn trong các môi trường công nghiệp.
Realme GT 8 Pro Aston Martin F1 Edition ra mắt: "Siêu xe công nghệ" mang tinh thần tốc độ lên smartphone

Realme GT 8 Pro Aston Martin F1 Edition ra mắt: "Siêu xe công nghệ" mang tinh thần tốc độ lên smartphone

Realme tiếp tục khẳng định vị thế trên đường đua công nghệ với GT 8 Pro Aston Martin F1 Edition - chiếc smartphone kết hợp giữa sức mạnh phần cứng đỉnh cao, thiết kế khí động học và tinh thần tốc độ đến từ thế giới F1.
Tuần phim chào mừng Liên hoan Phim Việt Nam lần thứ XXIV: Tôn vinh di sản điện ảnh nước nhà

Tuần phim chào mừng Liên hoan Phim Việt Nam lần thứ XXIV: Tôn vinh di sản điện ảnh nước nhà

Mỗi bộ phim là một lát cắt lịch sử, một câu chuyện nhân văn và niềm tự hào Việt. Tuần phim chào mừng Liên hoan Phim Việt Nam lần thứ XXIV diễn ra từ 15 đến 20/11 mang đến cho khán giả cơ hội sống lại cùng những giá trị điện ảnh đã làm nên hồn cốt của dân tộc.
song-gia-tri