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

ar
Tin bài khác
Tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 và vai trò của yếu tố con người trong an ninh mạng công nghiệp

Tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 và vai trò của yếu tố con người trong an ninh mạng công nghiệp

Trong kỷ nguyên số hóa sản xuất, an ninh mạng không còn chỉ là vấn đề của hệ thống công nghệ thông tin (IT) mà đã trở thành yếu tố sống còn đối với các hệ thống công nghệ vận hành (OT). Khác với môi trường IT truyền thống, nơi rủi ro chủ yếu liên quan đến dữ liệu, các hệ thống OT liên quan trực tiếp đến quy trình vật lý, thiết bị sản xuất và an toàn con người. Chính vì vậy, tiêu chuẩn ISA/IEC 62443 đang ngày càng được các chuyên gia tư vấn an ninh mạng công nghiệp lựa chọn như một nền tảng quan trọng để bảo vệ hệ thống và đảm bảo vận hành ổn định.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/4/2026: Tuổi Tuất khá thăng trầm, tuổi Dần vấp phải trở ngại

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/4/2026: Tuổi Tuất khá thăng trầm, tuổi Dần vấp phải trở ngại

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 12/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Các quốc gia cần chủ động dự trữ năng lượng trước sức ép biến động địa chính trị

Các quốc gia cần chủ động dự trữ năng lượng trước sức ép biến động địa chính trị

Biến động địa chính trị tại Trung Đông đang gây áp lực lớn lên thị trường năng lượng, đẩy giá dầu và chi phí logistics tăng cao. Vì vậy, các quốc gia cần có giải pháp xây dựng chiến lược năng lượng dài hạn để chủ động về năng lượng. Đó là nội dung chính trong cuộc Hội thảo “Biến động địa - chính trị và chiến lược đảm bảo năng lượng” diễn ra ngày 9/4, do Viện Chiến lược Thương hiệu và Cạnh tranh tổ chức.
Doanh nghiệp Việt ứng phó với khủng hoảng năng lượng như thế nào?

Doanh nghiệp Việt ứng phó với khủng hoảng năng lượng như thế nào?

Trong khuôn khổ Hội thảo “Biến động địa chính trị và chiến lược bảo đảm năng lượng” do Viện Chiến lược Thương hiệu và Cạnh tranh vừa tổ chức tại Hà Nội, các doanh nghiệp đang chịu ảnh hưởng trực tiếp về thiếu hụt năng lượng từ biến động địa chính trị Trung Đông, cùng các chuyên gia kinh tế đã mổ xẻ tác động của biến động giá xăng dầu tới nền kinh tế, tìm giải pháp để giải quyết thách thức.
Doanh nghiệp Việt Nam đang ở đâu trên bản đồ năng lực công nghệ?

Doanh nghiệp Việt Nam đang ở đâu trên bản đồ năng lực công nghệ?

Trong khi chuyển đổi số và công nghiệp 4.0 trở thành những khái niệm quen thuộc, câu hỏi quan trọng hơn lại ít được trả lời: năng lực công nghệ thực sự của doanh nghiệp Việt Nam đang ở mức nào? Từ những doanh nghiệp AI, nhà máy bán tự động đến dây chuyền robot hóa, bức tranh cho thấy một thực tế nhiều tầng nấc - nơi doanh nghiệp đang nỗ lực vươn lên, nhưng vẫn đối mặt với những giới hạn không dễ vượt qua.
Kết nối chuỗi cung ứng toàn cầu: “Thời điểm vàng” cho doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ Việt Nam

Kết nối chuỗi cung ứng toàn cầu: “Thời điểm vàng” cho doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ Việt Nam

Trong bối cảnh chuỗi cung ứng toàn cầu đang tái cấu trúc mạnh mẽ, doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ Việt Nam đứng trước cơ hội lớn để bứt phá. Tuy nhiên, để chuyển hóa cơ hội thành lợi ích thực chất, yêu cầu đặt ra là phải nâng cao năng lực, đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế ngày càng khắt khe.
Thống nhất dự thảo Nghị quyết của Quốc hội về cơ chế, chính sách đột phá phát triển văn hóa Việt Nam

Thống nhất dự thảo Nghị quyết của Quốc hội về cơ chế, chính sách đột phá phát triển văn hóa Việt Nam

Chính phủ ban hành Nghị quyết số 90/NQ-CP về dự thảo Nghị quyết của Quốc hội về một số cơ chế, chính sách đột phá phát triển văn hóa Việt Nam.
Thúc đẩy sản xuất thông minh bằng robot tự hành và hệ sinh thái số

Thúc đẩy sản xuất thông minh bằng robot tự hành và hệ sinh thái số

Tại MACH 2026, ABB Robotics sẽ giới thiệu loạt giải pháp tự động hóa tiên tiến, tập trung vào việc nâng cao năng suất, tăng tính linh hoạt và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi số trong ngành sản xuất. Sự kiện này đánh dấu bước tiến mới trong việc tích hợp robot tự hành đa năng (AVR) và các công cụ kỹ thuật số vào hệ sinh thái sản xuất hiện đại.
Hơn 6.500 lượt khách trong ngày khai mạc, Vietnam Expo 2026 lan tỏa sức hút toàn cầu

Hơn 6.500 lượt khách trong ngày khai mạc, Vietnam Expo 2026 lan tỏa sức hút toàn cầu

Với quy mô hơn 500 gian hàng, quy tụ hàng trăm doanh nghiệp trong và ngoài nước, Vietnam Expo 2026 không chỉ là điểm hẹn xúc tiến thương mại thường niên mà còn khẳng định vai trò “bệ phóng” giúp doanh nghiệp Việt mở rộng thị trường, tăng cường kết nối và tham gia sâu hơn vào chuỗi cung ứng toàn cầu.
Du lịch Việt trước bước ngoặt mới: VITM 2026 dẫn dắt xu hướng số hóa và phát triển xanh

Du lịch Việt trước bước ngoặt mới: VITM 2026 dẫn dắt xu hướng số hóa và phát triển xanh

Với chủ đề “Chuyển đổi số & Tăng trưởng xanh - Nâng tầm Du lịch Việt Nam”, Hội chợ Du lịch Quốc tế Việt Nam (VITM) 2026 quy tụ hàng trăm doanh nghiệp trong và ngoài nước, mở ra không gian kết nối, kích cầu du lịch và định hình xu hướng phát triển bền vững cho ngành “công nghiệp không khói”.
song-gia-tri