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
Smart #2 ra mắt: Giải pháp xe điện mini đô thị với tầm vận hành 290km

Smart #2 ra mắt: Giải pháp xe điện mini đô thị với tầm vận hành 290km

Ngành công nghiệp ô tô điện vừa ghi nhận sự trở lại đầy ấn tượng của thương hiệu Smart trong phân khúc xe mini đô thị với việc ra mắt mẫu Smart #2 tại Triển lãm Ô tô Paris.
Những góc nhìn khác nhau quanh câu chuyện “Con ghét bố mẹ”

Những góc nhìn khác nhau quanh câu chuyện “Con ghét bố mẹ”

Thời gian gần đây, những chia sẻ xoay quanh nhóm Facebook “Con ghét bố mẹ” đang thu hút sự chú ý từ cộng đồng mạng. Điều này đặt ra nhiều câu hỏi về sự mâu thuẫn giữa các thế hệ trong gia đình. Qua chia sẻ của học sinh, phụ huynh và chuyên gia tâm lý, mối quan hệ giữa cha mẹ và con cái được nhìn nhận rõ ràng hơn.
Xây dựng lối sống xanh và tiết kiệm năng lượng trong trường học

Xây dựng lối sống xanh và tiết kiệm năng lượng trong trường học

Sáng 19/10/2026, tại Trường Trung học Cơ sở Trần Duy Hưng (TP. Hà Nội), Cục Năng lượng - Dầu khí (Bộ Công Thương) tổ Chương trình tuyên truyền “Học sinh với kiến thức sử dụng năng lượng an toàn, tiết kiệm và hiệu quả” cho hơn 2000 học sinh.
Amstro’s Gallery 2026: “Vetuoris” – Hành trình khám phá những bước chuyển mình trong nhận thức về vũ trụ

Amstro’s Gallery 2026: “Vetuoris” – Hành trình khám phá những bước chuyển mình trong nhận thức về vũ trụ

Trở lại với mùa triển lãm thường niên, Amstro’s Gallery 2026 mang đến chủ đề “Vetuoris”, lấy cảm hứng từ thời kỳ Phục Hưng và những bước ngoặt trong hành trình khám phá vũ trụ của nhân loại, hứa hẹn mở ra một không gian trải nghiệm nơi kiến thức thiên văn học được truyền tải qua những mô hình trực quan, thí nghiệm khoa học và hoạt động tương tác dành cho công chúng, đặc biệt là các bạn học sinh.
Nhận định phiên giao dịch ngày 20/10: Thận trọng, chưa vội bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 20/10: Thận trọng, chưa vội bắt đáy

VN-Index giảm gần 16,1 điểm trong phiên 19/10, xuyên thủng ngưỡng 1.700 điểm trong bối cảnh thanh khoản gia tăng và áp lực bán có dấu hiệu lan rộng. Trước nguy cơ chỉ số tiếp tục lùi về vùng hỗ trợ 1.660 điểm, nhà đầu tư được khuyến nghị giữ quan điểm thận trọng, chưa vội bắt đáy và chờ tín hiệu hồi phục rõ ràng hơn.
Thị trường chứng khoán ngày 19/10: VIC bị bán mạnh cuối phiên, VN Index đánh mất mốc 1.690 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 19/10: VIC bị bán mạnh cuối phiên, VN Index đánh mất mốc 1.690 điểm

VN Index giảm hơn 16 điểm sau khi có thời điểm tăng hơn 15 điểm. Áp lực bán tại VIC và nhóm ngân hàng là nguyên nhân chủ yếu kéo chỉ số đi xuống, trong khi nhiều nhóm cổ phiếu vẫn giữ được sắc xanh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/10/2026: Tuổi Dần có bước tiến mới, tuổi Dậu cần chú ý lời ăn tiếng nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/10/2026: Tuổi Dần có bước tiến mới, tuổi Dậu cần chú ý lời ăn tiếng nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/10/2026 mang đến những dự báo đáng chú ý về công việc, tài chính, tình duyên và sức khỏe của 12 con giáp. Có tuổi đón nhận cơ hội phát triển, từng bước khẳng định năng lực, nhưng cũng có tuổi cần thận trọng trong giao tiếp và quản lý chi tiêu. Dù vận trình thuận lợi hay thử thách, sự chủ động, bình tĩnh và cách ứng xử khéo léo sẽ giúp mỗi người có một ngày làm việc hiệu quả hơn.
Giám đốc Bệnh viện Xanh Pôn được bổ nhiệm làm Phó Giám đốc Sở Y tế Hà Nội

Giám đốc Bệnh viện Xanh Pôn được bổ nhiệm làm Phó Giám đốc Sở Y tế Hà Nội

TS.BS Nguyễn Đức Long, Bí thư Đảng bộ, Giám đốc Bệnh viện Đa khoa Xanh Pôn, vừa được bổ nhiệm giữ chức Phó Giám đốc Sở Y tế Hà Nội với thời hạn 5 năm.
Chứng khoán MB lãi hơn 1.100 tỷ đồng sau 9 tháng, hoàn thành 62% kế hoạch cả năm

Chứng khoán MB lãi hơn 1.100 tỷ đồng sau 9 tháng, hoàn thành 62% kế hoạch cả năm

Kết thúc 9 tháng đầu năm 2026, Chứng khoán MB (MBS) thu về hơn 3.668 tỷ đồng doanh thu hoạt động, lợi nhuận trước thuế đạt gần 1.140 tỷ đồng. Quy mô tài sản tiếp tục được mở rộng.
Xe máy điện chạy 436km chỉ với một lần sạc

Xe máy điện chạy 436km chỉ với một lần sạc

Hãng xe máy điện Zero Motorcycles (Mỹ) vừa chính thức xác lập kỷ lục Guinness thế giới về quãng đường di chuyển xa nhất cho một chiếc mô tô điện trên một lần sạc đầy.
master