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

vcca2026
Tin bài khác
Biến AI từ "hỗ trợ" sang "tự trị" vào vận hành trong doanh nghiệp

Biến AI từ "hỗ trợ" sang "tự trị" vào vận hành trong doanh nghiệp

Sáng 13/5, tại phiên toàn thể Biztech 2026 với chủ đề chủ đề: “Thúc đẩy Hệ sinh thái AI Tự trị: Thể chế kiến tạo và đòn bẩy cho công nghiệp Công nghệ số Việt Nam”, các chuyên gia khuyến nghị 4 trụ cột hành động và 3 trục làm chủ AI Agentic (AI tự trị).
Tuyến vận tải hàng hóa tự lái Dallas - Houston chính thức đi vào hoạt động

Tuyến vận tải hàng hóa tự lái Dallas - Houston chính thức đi vào hoạt động

Kodiak AI, nhà cung cấp công nghệ xe tự lái sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) vật lý, vừa thông báo họ đang tiến hành vận chuyển hàng hóa tự lái cùng với Roehl Transport, một trong những hãng vận tải xe tải lớn nhất nước Mỹ.
Lợi nhuận ngân hàng quý I/2026 tăng trưởng nhờ lực đẩy từ thu nhập lãi thuần

Lợi nhuận ngân hàng quý I/2026 tăng trưởng nhờ lực đẩy từ thu nhập lãi thuần

Báo cáo tài chính hợp nhất quý I/2026 tại các nhà băng cho thấy, thu nhập lãi thuần vẫn giữ vai trò là động lực tăng trưởng chính, sự sụt giảm ở một số nguồn thu ngoài lãi đã khiến lợi nhuận ngân hàng phân hóa.
Mặt trận Tổ quốc Việt Nam đề ra 7 chương trình hành động nhiệm kỳ 2026 - 2031

Mặt trận Tổ quốc Việt Nam đề ra 7 chương trình hành động nhiệm kỳ 2026 - 2031

Đại hội đại biểu toàn quốc Mặt trận Tổ quốc Việt Nam lần thứ XI, nhiệm kỳ 2026-2031 diễn ra từ 11-13/5/2026 tại Hà Nội.
VAA và Hiệp hội Phật Sơn thúc đẩy kết nối doanh nghiệp công nghiệp

VAA và Hiệp hội Phật Sơn thúc đẩy kết nối doanh nghiệp công nghiệp

Sáng ngày 12/5, tại Hà Nội, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) đã có buổi tiếp và trao đổi với Hiệp hội Tự động hóa công nghiệp Phật Sơn (Trung Quốc) nhằm thúc đẩy hợp tác trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, kết nối doanh nghiệp, xúc tiến thương mại và nghiên cứu khả năng xây dựng trung tâm dịch vụ công nghiệp song phương Việt - Trung.
Nhận định phiên giao dịch ngày 13/5: VN-Index hướng tới vùng 1.290 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 13/5: VN-Index hướng tới vùng 1.290 điểm

Sau phiên phục hồi tích cực ngày 12/5 với mức tăng gần 6 điểm, VN-Index cho thấy tâm lý nhà đầu tư đã ổn định hơn sau những nhịp rung lắc ngắn hạn. Độ rộng thị trường cải thiện rõ rệt về cuối phiên cùng sự lan tỏa của dòng tiền ở nhóm ngân hàng, chứng khoán và bất động sản đang tạo nền tảng cho chỉ số tiếp tục hướng lên trong phiên giao dịch ngày 13/5.
Robot hình người mở ra thị trường mới cho hệ thống điều khiển chuyển động

Robot hình người mở ra thị trường mới cho hệ thống điều khiển chuyển động

Robot hình người đang nổi lên như một trong những hướng phát triển được quan tâm nhất trong lĩnh vực tự động hóa hiện đại. Những cỗ máy được thiết kế mô phỏng hình dáng và chuyển động của con người hứa hẹn sẽ thay đổi cách máy móc tương tác với thế giới vật lý. Mặc dù thị trường hiện nay vẫn còn ở quy mô nhỏ và chủ yếu nằm trong các dự án thử nghiệm, đà phát triển đang tăng nhanh khi nhiều doanh nghiệp bắt đầu triển khai các chương trình thí điểm và chuẩn bị cho sản xuất quy mô lớn.
Các giải pháp hỗ trợ doanh nghiệp bảo đảm an ninh dữ liệu

Các giải pháp hỗ trợ doanh nghiệp bảo đảm an ninh dữ liệu

Trong bối cảnh tấn công mạng không ngừng gia tăng về số lượng và mức độ tinh vi, bảo mật thông tin và an ninh dữ liệu đã trở thành thách thức lớn với nhiều đơn vị, doanh nghiệp. Vì vậy, việc tuân thủ các quy định về an ninh mạng, an ninh dữ liệu để bảo vệ hệ thống trước các nguy cơ tấn công, rò rỉ dữ liệu và duy trì hoạt động thông suốt là rất quan trọng.
GEN READ: Không gian văn hóa đọc độc đáo của nhóm sinh viên Báo chí

GEN READ: Không gian văn hóa đọc độc đáo của nhóm sinh viên Báo chí

Vừa qua, GEN READ đã chính thức mang đến cho những người trẻ yêu thích sách không gian mới mẻ và hấp dẫn. Sự kiện không chỉ dừng lại ở việc trao đổi sách thông thường mà còn biến việc đọc từ một thói quen cá nhân thành một hành trình kết nối đầy cảm hứng.
Sắp khai mạc Triển lãm Quốc tế về máy móc, thiết bị, công nghệ và sản phẩm công nghiệp lần thứ 23

Sắp khai mạc Triển lãm Quốc tế về máy móc, thiết bị, công nghệ và sản phẩm công nghiệp lần thứ 23

Từ ngày 14 - 16/5/2026, tại Cung Văn hóa Hữu nghị Việt Xô, Hà Nội sẽ diễn ra Triển lãm Quốc tế về máy móc, thiết bị, công nghệ và sản phẩm công nghiệp lần thứ 23 - Vinamac Expo 2026
vn-web
song-gia-tri