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
Nhận định phiên giao dịch ngày 11/9: Nắm giữ các cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy

Nhận định phiên giao dịch ngày 11/9: Nắm giữ các cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy

VN-Index tiếp tục đi ngang trong trạng thái giằng co và phân hóa mạnh. Trong bối cảnh thanh khoản suy giảm, nhà đầu tư nên ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu còn duy trì được xu hướng tích lũy, đồng thời chủ động bán ra các mã suy yếu về giá.
CD Restop phát triển hệ sinh thái điểm dừng gắn với trạm sạc và năng lượng sạch

CD Restop phát triển hệ sinh thái điểm dừng gắn với trạm sạc và năng lượng sạch

CD Restop cùng SPT Group, DTH Holdings, Coro Energy và các đối tác ký bốn thỏa thuận, hướng đến phát triển mạng lưới điểm dừng chân kết hợp trạm sạc, năng lượng sạch, chuyển đổi số và tiện ích an sinh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/9/2026: Tuổi Hợi vận trình hanh thông, tuổi Dần nên thận trọng quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/9/2026: Tuổi Hợi vận trình hanh thông, tuổi Dần nên thận trọng quyết định

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 11/9/2026 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 10/9: FPT và VHM đỡ chỉ số, dòng tiền tiếp tục thận trọng

Thị trường chứng khoán ngày 10/9: FPT và VHM đỡ chỉ số, dòng tiền tiếp tục thận trọng

VN Index lấy lại sắc xanh sau khi có lúc rơi sát 1.810 điểm, nhưng phía sau mức tăng hơn 2 điểm vẫn là một bảng điện tử nghiêng về sắc đỏ. FPT, VHM và nhóm bán lẻ giúp thị trường “thoát hiểm”, trong khi dòng tiền lớn vẫn chưa thực sự trở lại.
Biến động khoản phải thu tại nhóm doanh nghiệp xây dựng

Biến động khoản phải thu tại nhóm doanh nghiệp xây dựng

Nhắc đến các doanh nghiệp xây dựng, một trong những thách thức lớn nhất của nhóm ngành này chính là bài toán thu hồi công nợ. Tính đến ngày 30/06/2026, các khoản phải thu ngắn hạn, đặc biệt là phải thu ngắn hạn của khách hàng đang chiếm tỷ trọng lớn trong tổng tài sản, tuy nhiên tốc độ tăng có xu hướng chậm lại.
Apple ra mắt iPhone 18 Pro: Màu đỏ burgundy gây chú ý, camera lần đầu có khẩu độ cơ học

Apple ra mắt iPhone 18 Pro: Màu đỏ burgundy gây chú ý, camera lần đầu có khẩu độ cơ học

Apple chính thức trình làng iPhone 18 Pro và 18 Pro Max với loạt nâng cấp đáng chú ý về camera, hiệu năng và pin. Đáng chú ý, màu Đỏ burgundy mới cùng hệ thống khẩu độ cơ học trên camera chính đang là những điểm khiến thế hệ iPhone Pro mới được quan tâm.
Ngân hàng nào phát hành giấy tờ có giá lớn nhất ngành?

Ngân hàng nào phát hành giấy tờ có giá lớn nhất ngành?

Nhằm đa dạng hóa nguồn vốn trong bối cảnh tiền gửi tăng chậm, quy mô phát hành giấy tờ có giá của các ngân hàng tính đến cuối quý II/2026 tăng nhanh. Trong đó, chứng chỉ tiền gửi là điểm sáng của huy động vốn.
Từ tự động hóa đến tối ưu giá trị: Doanh nghiệp cần nhìn lại điều gì?

Từ tự động hóa đến tối ưu giá trị: Doanh nghiệp cần nhìn lại điều gì?

Tự động hóa đang trở thành một trong những ưu tiên quan trọng của ngành sản xuất trước áp lực thiếu hụt lao động, chi phí vận hành gia tăng và yêu cầu nâng cao năng suất.
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/9: Nắm giữ các cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/9: Nắm giữ các cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy

Sau phiên giao dịch giằng co ngày 9/9, VN-Index chưa cho thấy động lực đủ mạnh để bứt phá khỏi vùng tích lũy. Trong bối cảnh thanh khoản còn thấp và dòng tiền phân hóa, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu duy trì được xu hướng tích lũy hoặc tăng giá, đồng thời chủ động bán ra các mã có dấu hiệu suy yếu.
VietnamPlas 2026: Bước tiến mới của ngành Nhựa và Cao su Việt Nam

VietnamPlas 2026: Bước tiến mới của ngành Nhựa và Cao su Việt Nam

Sáng ngày 9/9/2026 tại Trung tâm Hội chợ và Triển lãm Sài Gòn (SECC) 799 Nguyễn Văn Linh, Phường Tân Mỹ, TP.HCM đã diễn ra lễ khai mạc Triển lãm Quốc tế lần thứ 24 về máy móc thiết bị công nghệp ngành nhựa và cao su Việt Nam năm 2026 (VietnamPlas 2026).