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
Đại học Bách khoa Hà Nội kết nối cộng đồng nghiên cứu vi sóng Đông Nam Á, mở rộng cơ hội cho nhà khoa học trẻ

Đại học Bách khoa Hà Nội kết nối cộng đồng nghiên cứu vi sóng Đông Nam Á, mở rộng cơ hội cho nhà khoa học trẻ

Hội thảo IEEE MTT-S Broadening Participation Committee Workshop 2026 quy tụ các chuyên gia hàng đầu thế giới trong lĩnh vực vi sóng, truyền thông vô tuyến và công nghệ Terahertz tại Đại học Bách khoa Hà Nội.
Thị trường chứng khoán ngày 28/7: Nhóm chứng khoán dẫn dắt, VN Index bật tăng gần 12 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 28/7: Nhóm chứng khoán dẫn dắt, VN Index bật tăng gần 12 điểm

Sau nhiều phiên kém sắc, thị trường đã có một phiên giao dịch mang lại tín hiệu tích cực hơn, với sự dẫn dắt của nhóm chứng khoán. Dù mở đầu bằng một cú rung lắc mạnh, VN Index đã cho thấy sức chống chịu tốt khi lực cầu bắt đáy nhập cuộc đúng thời điểm, giúp chỉ số đảo chiều và đóng cửa gần mức cao nhất trong ngày.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/7/2026: Tuổi Dậu đón lộc sự nghiệp, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh trước thử thách

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/7/2026: Tuổi Dậu đón lộc sự nghiệp, tuổi Dần cần giữ bình tĩnh trước thử thách

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 29/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Pin xe điện chai bao nhiêu sau 100.000 km lăn bánh

Pin xe điện chai bao nhiêu sau 100.000 km lăn bánh

Nỗi băn khoăn lớn nhất của người tiêu dùng khi cân nhắc chuyển đổi sang phương tiện điện hóa thường không nằm ở cự ly vận hành hay hạ tầng trạm sạc, mà tập trung vào giới hạn tuổi thọ và chi phí thay thế bộ pin lưu trữ.
Màn hình Samsung dưới 3 triệu: chọn S3 hay Odyssey G3?

Màn hình Samsung dưới 3 triệu: chọn S3 hay Odyssey G3?

Trong tầm giá dưới 3 triệu, Samsung S3 và Odyssey G3 là hai hướng chọn khá khác nhau dù cùng đến từ một thương hiệu. Một bên phù hợp học tập, làm việc cơ bản, bên còn lại thiên về độ mượt khi chơi game và giải trí. Nếu đang phân vân nên ưu tiên giá dễ chịu hay trải nghiệm nhanh hơn, bạn có thể chốt theo nhu cầu thực tế thay vì nhìn thông số đơn lẻ.
Việt Nam lần đầu công bố sản phẩm nhôm thỏi

Việt Nam lần đầu công bố sản phẩm nhôm thỏi

Lần đầu tiên Việt Nam sản xuất thành công nhôm thỏi bằng công nghệ điện phân hiện đại, khép kín chuỗi giá trị từ khai thác bauxite đến luyện nhôm, mở ra bước ngoặt cho ngành công nghiệp vật liệu nền tảng và nâng cao năng lực tự chủ của nền kinh tế.
Unilever Việt Nam tuyển dụng, cơ hội cho sinh viên

Unilever Việt Nam tuyển dụng, cơ hội cho sinh viên

Unilever Việt Nam đang tuyển dụng 02 vị trí dành cho sinh viên năm cuối và mới tốt nghiệp mong muốn phát triển sự nghiệp trong lĩnh vực Manufacturing, Engineering, Supply Chain và Quality.
Từ tua-bin không cánh đến siêu tua-bin 26 MW: Cuộc đua mới của ngành điện gió

Từ tua-bin không cánh đến siêu tua-bin 26 MW: Cuộc đua mới của ngành điện gió

Ngành công nghiệp điện gió đang chứng kiến những bước tiến mạnh mẽ khi hàng loạt công nghệ mới liên tục được giới thiệu, hướng tới mục tiêu nâng cao hiệu suất phát điện, giảm chi phí vận hành và mở rộng khả năng ứng dụng trong nhiều điều kiện địa hình.
Nhận định phiên giao dịch ngày 28/7: Cân nhắc hạ tỷ trọng khi VN-Index hồi phục

Nhận định phiên giao dịch ngày 28/7: Cân nhắc hạ tỷ trọng khi VN-Index hồi phục

Sau phiên giảm mạnh với áp lực bán tháo xuất hiện vào cuối phiên, các công ty chứng khoán nhận định VN-Index nhiều khả năng sẽ tiếp tục điều chỉnh trong ngắn hạn. Nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì sự thận trọng, chưa vội mở vị thế mua mới và cân nhắc hạ một phần tỷ trọng nếu chỉ số hồi phục về vùng kháng cự 1.720 điểm.
Vinh danh Doanh nghiệp tại CIAME Asia Vietnam 2026: Những dấu ấn tiên phong kiến tạo nền nông nghiệp hiện đại

Vinh danh Doanh nghiệp tại CIAME Asia Vietnam 2026: Những dấu ấn tiên phong kiến tạo nền nông nghiệp hiện đại

Tại Triển lãm Công nghệ Máy móc Nông nghiệp Quốc tế Việt Nam – CIAME Asia Vietnam 2026, Lễ Vinh danh Doanh nghiệp vì sự phát triển nông nghiệp, công nghiệp nông thôn 2026 đã diễn ra trang trọng, ghi nhận và tôn vinh những doanh nghiệp tiêu biểu có nhiều đóng góp trong sản xuất, kinh doanh, đổi mới sáng tạo, ứng dụng khoa học công nghệ và đồng hành cùng sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp Việt Nam.
song-gia-tri