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
Chuyển đổi số trong phổ biến kiến thức: Từ số hóa tài liệu đến kiến trúc tri thức

Chuyển đổi số trong phổ biến kiến thức: Từ số hóa tài liệu đến kiến trúc tri thức

Khi trí tuệ nhân tạo (AI) có thể tìm kiếm, tổng hợp và diễn giải thông tin gần như tức thời, hoạt động phổ biến kiến thức khoa học và công nghệ đang đứng trước yêu cầu thay đổi cả về tư duy lẫn phương thức triển khai.
Robot hình người: Bài toán an toàn không thể chỉ dựa vào AI

Robot hình người: Bài toán an toàn không thể chỉ dựa vào AI

Nvidia vừa công bố Halos for Robotics, hệ thống an toàn được hãng giới thiệu dành cho trí tuệ nhân tạo vật lý và robot. Giải pháp đưa các công nghệ an toàn từ lĩnh vực xe tự hành sang robot, kết hợp máy tính, cảm biến, phần mềm và phòng thí nghiệm kiểm thử nhằm hỗ trợ các nhà sản xuất chuẩn bị cho quá trình chứng nhận độc lập. Agility Robotics là doanh nghiệp đầu tiên tích hợp hệ thống này vào robot hình người Digit.
Không lo tốn điện với loạt xe máy điện bình dân tích hợp công nghệ thông minh

Không lo tốn điện với loạt xe máy điện bình dân tích hợp công nghệ thông minh

Phân khúc phương tiện di chuyển vi mô (micro-mobility) tại thị trường Việt Nam đang chứng kiến sự bùng nổ của các dòng xe máy điện phổ thông dưới 20 triệu đồng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 23/9: Thị trường giằng co, hạn chế mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 23/9: Thị trường giằng co, hạn chế mua đuổi

Sau phiên phục hồi tích cực, VN-Index tiếp tục duy trì trên các ngưỡng hỗ trợ ngắn hạn, nhưng sự thiếu đồng thuận giữa diễn biến giá và các chỉ báo động lượng cho thấy xu hướng thị trường chưa thực sự rõ ràng. Nhà đầu tư ngắn hạn nên duy trì tỷ trọng vừa phải và hạn chế mua đuổi khi chỉ số tiến vào vùng cản.
Kho thông minh: Từ tối ưu không gian đến tự động hóa toàn bộ quy trình

Kho thông minh: Từ tối ưu không gian đến tự động hóa toàn bộ quy trình

Khi năng suất sản xuất tăng, doanh nghiệp không chỉ đối mặt với bài toán thiếu diện tích lưu trữ mà còn phải xử lý lượng dữ liệu lớn, nhiều thao tác thủ công và nhu cầu nhân lực ngày càng cao. Kho thông minh, với sự kết hợp giữa lưu trữ tự động, phần mềm, robot, AGV/AMR và Vision 3D, đang mở ra hướng tiếp cận mới để doanh nghiệp tối ưu không gian, nâng năng suất và kiểm soát hàng hóa.
VAA và Đại học Công nghệ Quế Lâm hợp tác tạo cơ hội phát triển công nghệ và chuyển đổi số cho Việt Nam

VAA và Đại học Công nghệ Quế Lâm hợp tác tạo cơ hội phát triển công nghệ và chuyển đổi số cho Việt Nam

Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) và Đại học Công nghệ Quế Lâm (Trung Quốc) ký biên bản ghi nhớ, hướng tới xây dựng phòng thí nghiệm trọng điểm chung về ứng dụng công nghệ và chuyển đổi số, đồng thời đưa kết quả nghiên cứu vào thử nghiệm, chuyển giao và ứng dụng tại Việt Nam và khu vực ASEAN.
Thị trường chứng khoán ngày 22/9: Chỉ số tăng hơn 17 điểm nhưng tiền vào chứng khoán xuống thấp nhất hai tháng

Thị trường chứng khoán ngày 22/9: Chỉ số tăng hơn 17 điểm nhưng tiền vào chứng khoán xuống thấp nhất hai tháng

VN Index bật tăng hơn 17 điểm sau khi mất mốc 1.800 trong phiên trước. Nhưng đằng sau sắc xanh là một tín hiệu đáng dè chừng với việc dòng tiền vào thị trường xuống thấp nhất khoảng hai tháng, chưa đến 13 nghìn tỷ đồng.
Nhật Bản ra mắt "xe cứu thương" dành cho robot hình người

Nhật Bản ra mắt "xe cứu thương" dành cho robot hình người

GMO Internet Group phát triển một loại xe chuyên dụng có khả năng đưa kỹ sư, thiết bị sửa chữa, phụ tùng và robot hình người dự phòng tới hiện trường khi robot gặp sự cố.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/9/2026: Tuổi Mùi tài lộc khởi sắc, tuổi Dần nên thận trọng công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/9/2026: Tuổi Mùi tài lộc khởi sắc, tuổi Dần nên thận trọng công việc

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 23/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
iPhone Duo đi ngược số đông: Vì sao Apple chọn kiểu dáng như một cuốn sổ tay?

iPhone Duo đi ngược số đông: Vì sao Apple chọn kiểu dáng như một cuốn sổ tay?

Không chạy theo kiểu dáng thuôn dài quen thuộc của smartphone gập hiện nay, Apple lại chọn một tỷ lệ màn hình khác biệt cho iPhone Duo. Đằng sau thiết kế tưởng như lạ mắt này là một ý tưởng khá đời thường: biến chiếc điện thoại thành một cuốn sổ tay, nhỏ gọn khi gập và rộng rãi khi mở.