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
Thị trường chứng khoán ngày 10/12: Cổ phiếu họ Vin “đạp” chỉ số, VN Index mất gần 30 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 10/12: Cổ phiếu họ Vin “đạp” chỉ số, VN Index mất gần 30 điểm

Thị trường tiếp tục gây áp lực lên nhà đầu tư khi VN Index hình thành cây nến đỏ dài, mất gần 30 điểm. Trong đó, cổ phiếu họ Vin đồng loạt lao dốc, với VIC và VPL giảm sàn là nguyên nhân chủ yếu khiến chỉ số giảm sâu.
Realme ra mắt P4x: Màn hình 144Hz, chip Dimensity 7400 Ultra, pin 7.000mAh

Realme ra mắt P4x: Màn hình 144Hz, chip Dimensity 7400 Ultra, pin 7.000mAh

Realme vừa trình làng P4x - mẫu máy thứ ba của dòng P, hướng đến người dùng cần hiệu năng ổn định và thời lượng pin bền bỉ.
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/12: VN-Index có thể duy trì vị thế hiện tại

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/12: VN-Index có thể duy trì vị thế hiện tại

Dưới áp lực bán lan rộng trong phiên 9/12 khiến VN-Index chững lại sau chuỗi tăng dài, nhưng với tín hiệu hồi phục cuối phiên và dòng tiền duy trì ở mức cao, thị trường được dự báo tiếp tục rung lắc quanh vùng đỉnh trong phiên 10/12, trong khi xu hướng giữ vị thế vẫn chiếm ưu thế.
Tác động của yếu tố con người lên hệ thống quản lý an toàn bay trong kiểm soát không lưu

Tác động của yếu tố con người lên hệ thống quản lý an toàn bay trong kiểm soát không lưu

Bài viết xem xét vai trò của yếu tố con người trong hệ thống quản lý an toàn bay (SMS). Phân tích các khía cạnh chính về sự tác động của lỗi con người lên an toàn bay; xác định các nguyên nhân chính gây ra các sự cố liên quan đến kiểm soát viên không lưu được thực hiện. Sự cần thiết phải tích hợp các nguyên tắc về văn hóa an toàn và các phương pháp quản lý rủi ro bởi con người vào hoạt động của SMS được chứng minh. Các khuyến nghị nhằm cải thiện việc đào tạo và hỗ trợ tâm lý cho nhân viên kiểm soát không lưu được trình bày.
Hiệu trưởng công lập cần làm gì trong kỷ nguyên AI và tinh gọn bộ máy?

Hiệu trưởng công lập cần làm gì trong kỷ nguyên AI và tinh gọn bộ máy?

Bộ Chính trị vừa ban hành Nghị quyết 71-NQ/TW về đột phá phát triển giáo dục và đào tạo ngay sau khi Việt Nam chính thức vận hành mô hình chính quyền địa phương 02 cấp từ ngày 01/7/2025. Theo Nghị quyết 71, các CSGD công lập cần phải tinh gọn bộ máy, xóa bỏ Hội đồng trường, thực thi việc trao quyền lãnh đạo toàn diện cho Bí thư cấp ủy kiêm Hiệu trưởng.
Việt Nam ghi dấu ấn mạnh mẽ tại Giải thưởng APICTA 2025

Việt Nam ghi dấu ấn mạnh mẽ tại Giải thưởng APICTA 2025

Ngày 9/12/2025, đoàn Việt Nam đã xuất sắc ghi danh với các giải thưởng quan trọng, khẳng định năng lực công nghệ và đổi mới sáng tạo trong khu vực tại Giải thưởng Liên minh Công nghệ Thông tin và Truyền thông Châu Á - Thái Bình Dương (APICTA Awards 2025), diễn ra tại Cao Hùng, Đài Loan (Trung Quốc).
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/12/2025: Tuổi Thân điềm xui rủi, tuổi Dần kế hoạch hiệu quả

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/12/2025: Tuổi Thân điềm xui rủi, tuổi Dần kế hoạch hiệu quả

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 10/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 9/12: VN Index rơi gần 30 điểm rồi rút chân nhẹ

Thị trường chứng khoán ngày 9/12: VN Index rơi gần 30 điểm rồi rút chân nhẹ

Nhà đầu tư có phiên “thót tim” khi VN Index có lúc lao dốc gần 30 điểm, trước khi rút chân nhẹ nhờ lực cầu cuối giờ. Dù chỉ số chỉ còn giảm 6,57 điểm nhưng áp lực bán lan rộng cho thấy nhịp điều chỉnh nhiều khả năng vẫn chưa dừng lại.
“Kỷ nguyên công nghệ năng lượng” tại Hội nghị đổi mới Bắc Mỹ 2025

“Kỷ nguyên công nghệ năng lượng” tại Hội nghị đổi mới Bắc Mỹ 2025

Trong bài phát biểu tại Hội nghị Thượng đỉnh Đổi mới Bắc Mỹ 2025, Tổng Giám đốc Schneider Electric ông Olivier Blum nhấn mạnh sự dịch chuyển mạnh mẽ của ngành năng lượng và vai trò tiên phong của Schneider Electric trong việc xây dựng hệ sinh thái công nghệ hướng tới tính bền vững.
Viettel hoàn thành sớm mục tiêu lắp đặt 20.000 trạm 5G, hướng tới mạng lưới lớn nhất Việt Nam

Viettel hoàn thành sớm mục tiêu lắp đặt 20.000 trạm 5G, hướng tới mạng lưới lớn nhất Việt Nam

Hoàn thành sớm mục tiêu lắp đặt 20.000 trạm 5G, Viettel trở thành doanh nghiệp đầu tiên tận dụng chính sách hỗ trợ đặc biệt của Chính phủ để thúc đẩy hạ tầng số, tạo nền tảng cho chuyển đổi số quốc gia.
song-gia-tri