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
Fortinet nằm trong nhóm dẫn đầu Gartner Magic Quadrant 2026 về năng lực cung cấp tường lửa

Fortinet nằm trong nhóm dẫn đầu Gartner Magic Quadrant 2026 về năng lực cung cấp tường lửa

Được Gartner lần thứ hai liên tiếp xếp vào nhóm “Leader”, Fortinet tiếp tục khẳng định năng lực cung cấp giải pháp tường lửa (Hybrid Mesh Firewall) cho các môi trường doanh nghiệp lai, kết hợp giữa mạng, bảo mật, điện toán đám mây và công nghệ AI.
Học sinh Hà Nội học cách sử dụng năng lượng an toàn, tiết kiệm

Học sinh Hà Nội học cách sử dụng năng lượng an toàn, tiết kiệm

Gần 1.000 học sinh Trường Tiểu học Lĩnh Nam, phường Lĩnh Nam, thành phố Hà Nội, được trang bị kiến thức và kỹ năng sử dụng năng lượng an toàn, tiết kiệm, hiệu quả thông qua chương trình tuyên truyền do Cục Đổi mới sáng tạo, Chuyển đổi xanh và Khuyến công (Bộ Công Thương) tổ chức ngày 14/9.
Thị trường chứng khoán ngày 14/9: Cổ phiếu họ Gelex giảm sàn, nhóm dầu khí “ngược dòng”

Thị trường chứng khoán ngày 14/9: Cổ phiếu họ Gelex giảm sàn, nhóm dầu khí “ngược dòng”

VN Index tiếp tục giảm gần 7 điểm khi áp lực bán vẫn lan rộng trên thị trường. Dầu khí giữ vai trò điểm sáng hiếm hoi, trong khi chứng khoán, bất động sản và nhóm Gelex chịu sức ép mạnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/9/2026: Tuổi Tỵ vận trình hanh thông, tuổi Mùi nên thận trọng công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/9/2026: Tuổi Tỵ vận trình hanh thông, tuổi Mùi 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 15/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/9: Tránh mua đuổi trong các nhịp hồi

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/9: Tránh mua đuổi trong các nhịp hồi

Sau phiên giảm mạnh cuối tuần, thị trường chứng khoán Việt Nam bước vào tuần giao dịch mới với tâm lý thận trọng khi áp lực bán đang chiếm ưu thế. Trong bối cảnh xu hướng chưa rõ ràng, nhà đầu tư ngắn hạn được khuyến nghị hạn chế mua đuổi trong các nhịp hồi và duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức vừa phải.
[E-Magazine] Từ xanh hóa đến số hóa xe buýt đô thị

[E-Magazine] Từ xanh hóa đến số hóa xe buýt đô thị

Trong 2 tháng qua, hệ thống xe buýt đô thị của Hà Nội và TP. HCM chứng kiến một cuộc lột xác thực sự khi áp dụng đồng loạt vé điện tử và thanh toán tự động. Một hành khách bước lên xe buýt, đưa thẻ hoặc điện thoại lại gần chiếc máy nhỏ cạnh cửa. “Bíp”. Trong một chớp mắt, vé đã được xác thực. Đằng sau thao tác giản dị ấy là cả một hệ thống dữ liệu, thanh toán, định vị và điều hành. Nhưng thước đo cuối cùng của công nghệ không nằm ở chiếc máy, nó nằm ở chỗ người dân có muốn bước lên xe mỗi ngày hay không?!
Kỷ nguyên xe máy điện tầm xa 200km: Tích hợp công nghệ tự động hóa và hệ sinh thái thông minh

Kỷ nguyên xe máy điện tầm xa 200km: Tích hợp công nghệ tự động hóa và hệ sinh thái thông minh

Sự phát triển của công nghệ lưu trữ năng lượng và hệ thống quản lý điện tử đang tái định hình thị trường xe máy điện toàn cầu.
Chủ tịch BRG Nguyễn Thị Nga được phong tặng danh hiệu Anh hùng Lao động

Chủ tịch BRG Nguyễn Thị Nga được phong tặng danh hiệu Anh hùng Lao động

Bà Nguyễn Thị Nga, Chủ tịch Tập đoàn BRG, vừa được phong tặng danh hiệu Anh hùng Lao động thời kỳ đổi mới, ghi nhận những thành tích đặc biệt xuất sắc trong lao động, sáng tạo và những đóng góp cho phát triển kinh tế - xã hội.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/9/2026: Tuổi Tuất vận trình khởi sắc, tuổi Thìn nên tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/9/2026: Tuổi Tuất vận trình khởi sắc, tuổi Thìn nên tránh nóng vội

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 14/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Xây dựng Hòa Bình chuyển nhượng dự án cho FPT với giá gần 250 tỷ đồng

Xây dựng Hòa Bình chuyển nhượng dự án cho FPT với giá gần 250 tỷ đồng

Tập đoàn Xây dựng Hòa Bình đã chuyển nhượng dự án Trung tâm đổi mới sáng tạo Hòa Bình cho một công ty con của FPT với giá trị thương vụ đạt 246,5 tỷ đồng.