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

mca
Tin bài khác
STEM Innovation Petrovietnam: Xây dựng hạ tầng học tập số cho mọi học sinh

STEM Innovation Petrovietnam: Xây dựng hạ tầng học tập số cho mọi học sinh

Sáng 7/12/2025, tọa đàm “STEM Innovation Petrovietnam - Hiện thực hoá tinh thần Nghị quyết 57” do Tạp chí Năng lượng Mới/PetroTimes tổ chức đã chính thức diễn ra, quy tụ nhiều chuyên gia đầu ngành trong lĩnh vực giáo dục và đổi mới sáng tạo.
Nhận định phiên giao dịch ngày 8/12: Ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có tín hiệu hồi phục

Nhận định phiên giao dịch ngày 8/12: Ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có tín hiệu hồi phục

Trong bối cảnh VN-Index đang duy trì đà tăng và dòng tiền có xu hướng lan tỏa tích cực, giới phân tích cho rằng phiên giao dịch ngày 8/12 nhà đầu tư nên ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu có tín hiệu hồi phục rõ rệt và khả năng dẫn dắt nhịp tăng mới của thị trường.
ABB mở rộng năng lượng tái tạo sau thương vụ với Siemens Gamesa

ABB mở rộng năng lượng tái tạo sau thương vụ với Siemens Gamesa

Thương vụ mua lại giúp củng cố vị thế của ABB trong lĩnh vực chuyển đổi năng lượng tái tạo.
AI, công nghệ gen và sinh học thay đổi cách chúng ta nuôi trồng

AI, công nghệ gen và sinh học thay đổi cách chúng ta nuôi trồng

Những giải pháp đổi mới, từ cây trồng mang gen cải tiến, sinh sản vô tính, đến chăn nuôi thông minh tích hợp AI và IoT, đang giúp nâng cao năng suất, giảm phát thải và thích ứng với biến đổi khí hậu.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/12/2025: Tuổi Dần sự nghiệp thăng hoa, tuổi Hợi đề phòng kẻ xấu

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/12/2025: Tuổi Dần sự nghiệp thăng hoa, tuổi Hợi đề phòng kẻ xấu

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 8/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Liên hoan phim Nhật Bản 2025: Màn trở lại của 10 tác phẩm kinh điển & đương đại

Liên hoan phim Nhật Bản 2025: Màn trở lại của 10 tác phẩm kinh điển & đương đại

Bắt đầu tại Hà Nội ngày 12-12, Liên hoan phim Nhật Bản 2025 trình chiếu 10 tác phẩm tiêu biểu của điện ảnh Nhật - từ kiệt tác bất hủ Love Letter, Bảy võ sĩ Samurai đến các bộ phim đương đại sáng tạo. Đây là hoạt động thường niên của Quỹ Giao lưu Quốc tế Nhật Bản, thu hút sự yêu mến của khán giả Việt suốt hơn 17 năm.
Hơn 800 sinh viên CNTT - AI hội tụ tại TP.HCM tranh tài mùa giải OLP, OlpAI, Procon và ICPC Asia Ho Chi Minh City 2025

Hơn 800 sinh viên CNTT - AI hội tụ tại TP.HCM tranh tài mùa giải OLP, OlpAI, Procon và ICPC Asia Ho Chi Minh City 2025

Diễn ra từ ngày 8 - 12/12/2025, Olympic Tin học Sinh viên Việt Nam lần thứ 34 (OLP’25), Olympic Trí tuệ nhân tạo Sinh viên Việt Nam lần thứ nhất, Procon Việt Nam và Kỳ thi ICPC Asia Ho Chi Minh City 2025 được xem là sân chơi quy mô quốc tế lớn nhất dành cho sinh viên CNTT - AI tại Việt Nam hiện nay, nơi những tài năng trẻ có cơ hội thể hiện kỹ năng công nghệ, thuật toán và khả năng ứng dụng AI vào thực tiễn.
[E-Magazine] Kỷ nguyên lập trình cùng AI - con người không thể bị thay thế

[E-Magazine] Kỷ nguyên lập trình cùng AI - con người không thể bị thay thế

Một làn sóng mới đang định hình lại bản đồ công nghệ toàn cầu, nơi lập trình viên không còn đơn độc trong màn hình đen trắng, mà song hành cùng trí tuệ nhân tạo tạo sinh (Generative AI). Giữa những hoài nghi và kỳ vọng, một hướng đi mới đang mở ra, lập trình viên trở thành người huấn luyện, cộng tác và điều phối AI chứ không phải nạn nhân của nó.
Năm 2026: Cuộc “rung chuyển” tất yếu của ngành robot nhà kho

Năm 2026: Cuộc “rung chuyển” tất yếu của ngành robot nhà kho

Ngành robot nhà kho đang bước vào năm 2026 với áp lực lớn chưa từng có. Sau nhiều năm thử nghiệm, mở rộng nhanh chóng và thu hút vốn đầu tư ồ ạt, thị trường giờ đây phải chứng minh khả năng vận hành thực sự ở quy mô lớn. Dù nhu cầu tự động hóa trong vận hành kho hàng vẫn tăng mạnh, số lượng công ty có thể triển khai robot tại nhiều cơ sở và nhiều quy trình vẫn chỉ chiếm một phần rất nhỏ, tạo ra khoảng cách lớn giữa kỳ vọng và thực tế.
NTT – Docomo Business bắt tay Mujin thúc đẩy robot tự động nhờ công nghệ Physical AI

NTT – Docomo Business bắt tay Mujin thúc đẩy robot tự động nhờ công nghệ Physical AI

Tập đoàn NTT và NTT Docomo Business đã ký kết thỏa thuận hợp tác vốn và kinh doanh với Mujin, công ty sở hữu công nghệ Physical AI và digital twin độc quyền, vào ngày 1/12.
song-gia-tri