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

ar
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 26/3: Có thể bắt đầu mở lại vị thế mua

Nhận định phiên giao dịch ngày 26/3: Có thể bắt đầu mở lại vị thế mua

Sau hai phiên hồi phục mạnh, thị trường chứng khoán phát đi tín hiệu tích cực khi lực cầu cải thiện và chỉ số dần lấy lại các mốc quan trọng. Dù vậy, thanh khoản chưa bùng nổ và khối ngoại vẫn bán ròng, nhà đầu tư được khuyến nghị có thể bắt đầu mở lại vị thế mua nhưng cần giải ngân thận trọng.
Lựa chọn công nghệ cảm biến khoảng cách và vị trí thuận lợi

Lựa chọn công nghệ cảm biến khoảng cách và vị trí thuận lợi

Việc sử dụng cảm biến tiệm cận và khoảng cách để phát hiện sự hiện diện và vị trí của các vật thể mà không cần tiếp xúc vật lý trở nên quan trọng trong việc kiểm soát các quy trình công nghiệp như xử lý vật liệu, máy móc nông nghiệp, các hoạt động chế tạo và lắp ráp, và đóng gói thực phẩm, đồ uống và dược phẩm.
Apple công bố lịch WWDC 2026, AI tiếp tục là tâm điểm

Apple công bố lịch WWDC 2026, AI tiếp tục là tâm điểm

Apple vừa công bố lịch tổ chức WWDC 2026, diễn ra từ 8-12/6, với tâm điểm là loạt nâng cấp phần mềm và chiến lược trí tuệ nhân tạo trên toàn hệ sinh thái.
Dấu ấn giáo dục chính trị từ hoạt động tri ân tại Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh

Dấu ấn giáo dục chính trị từ hoạt động tri ân tại Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh

Trong khuôn khổ “Tuần lễ học viên” của lớp Cao cấp Lý luận chính trị K76.B14, các học viên đã được tiếp cận hệ thống kiến thức toàn diện về truyền thống, vai trò và sứ mệnh của Học viện Chính trị Quốc gia Hồ Chí Minh, đồng thời nâng cao nhận thức về nhiệm vụ bảo vệ nền tảng tư tưởng của Đảng trong tình hình mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/3/2026: Tuổi Tuất ngày hạnh phúc, tuổi Hợi cần nghỉ nghơi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/3/2026: Tuổi Tuất ngày hạnh phúc, tuổi Hợi cần nghỉ nghơi

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 26/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 25/3: VN Index nối dài nhịp hồi phục, nhưng thanh khoản vẫn thấp

Thị trường chứng khoán ngày 25/3: VN Index nối dài nhịp hồi phục, nhưng thanh khoản vẫn thấp

Tiếp nối đà hồi phục của phiên trước, thị trường ngày 25/03 chứng kiến sắc xanh lan rộng trên diện rộng khi VN Index bật tăng gần 2,7%. Tâm lý nhà đầu tư cải thiện rõ rệt, nhưng thanh khoản thấp và khối ngoại vẫn bán ròng mạnh khiến nhịp hồi chưa thực sự vững chắc.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/3: Chưa xác nhận sự đảo chiều xu hướng

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/3: Chưa xác nhận sự đảo chiều xu hướng

Dù thị trường đã có nhịp hồi phục sau phiên giảm sâu trước đó, các tín hiệu kỹ thuật và diễn biến dòng tiền vẫn chưa đủ thuyết phục để xác nhận xu hướng đảo chiều. Trong bối cảnh rủi ro ngắn hạn còn hiện hữu, thị trường được dự báo tiếp tục biến động thận trọng.
Giải pháp đa thành phần cho đầu nối công nghiệp trong kỷ nguyên sản xuất số

Giải pháp đa thành phần cho đầu nối công nghiệp trong kỷ nguyên sản xuất số

Trong bối cảnh chuyển đổi số và tự động hóa ngày càng gia tăng, các thành phần nhỏ như đầu nối và cảm biến đang trở thành nền tảng không thể thiếu của hệ sinh thái sản xuất hiện đại. Dù ít được chú ý, các đầu nối công nghiệp đóng vai trò then chốt trong việc duy trì khả năng giao tiếp, đồng bộ hóa và vận hành liên tục của dây chuyền sản xuất dựa trên dữ liệu.
300.000 doanh nghiệp nhỏ và vừa sẽ được hỗ trợ chuyển đổi số

300.000 doanh nghiệp nhỏ và vừa sẽ được hỗ trợ chuyển đổi số

Ngày 16/3, Thủ tướng Chính phủ đã ký ban hành Quyết định phê duyệt Đề án “Chuyển đổi số các doanh nghiệp nhỏ và vừa giai đoạn 2026-2030”. Đây được xem là bước đi quan trọng nhằm thúc đẩy chuyển đổi số khu vực doanh nghiệp nhỏ và vừa - lực lượng giữ vai trò then chốt trong nâng cao năng suất và năng lực cạnh tranh của nền kinh tế.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/3/2026: Tuổi Ngọ đón vận may, tuổi Mão công việc suy giảm

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/3/2026: Tuổi Ngọ đón vận may, tuổi Mão công việc suy giảm

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 25/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri