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
Loạt doanh nghiệp bất động sản nhà ở đạt lợi nhuận "khủng" nhờ hoạt động tài chính

Loạt doanh nghiệp bất động sản nhà ở đạt lợi nhuận "khủng" nhờ hoạt động tài chính

Bức tranh kinh doanh nửa đầu năm 2026 của nhóm doanh nghiệp bất động sản nhà ở ngày càng phân hóa rõ nét, khi nguồn thu lợi nhuận phần lớn không đến từ hoạt động kinh doanh cốt lõi, chủ yếu nhờ hoạt động tài chính.
Thị trường chứng khoán ngày 14/8: VN-Index lao dốc gần 37 điểm, cổ phiếu VIC giảm mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 14/8: VN-Index lao dốc gần 37 điểm, cổ phiếu VIC giảm mạnh

Áp lực bán gia tăng trên diện rộng trong phiên 14/8 khiến VN-Index giảm gần 37 điểm, tương đương hơn 2%, trong khi cổ phiếu VIC giảm 3,6%, góp phần kéo chỉ số đi xuống. Đây là phiên thứ hai liên tiếp thị trường điều chỉnh mạnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/8/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu cần thận trọng tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/8/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu cần thận trọng tiền bạc

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 15/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
TP.Hồ Chí Minh: Từ những hệ thống số riêng lẻ đến hệ sinh thái quản trị đô thị thông minh

TP.Hồ Chí Minh: Từ những hệ thống số riêng lẻ đến hệ sinh thái quản trị đô thị thông minh

Tại buổi họp báo kinh tế - xã hội TP. Hồ Chí Minh chiều 13/8/2026, nhiều nội dung liên quan đến giao thông, môi trường, logistics và triển khai Luật Phát triển đô thị được thông tin, cho thấy một bức tranh đáng chú ý về quá trình Thành phố tổ chức lại phương thức quản trị trong giai đoạn phát triển mới.
Tech Circle số 1: hiểu thấu đáo về AI mang lại cơ hội tăng trưởng cho doanh nghiệp miền Trung

Tech Circle số 1: hiểu thấu đáo về AI mang lại cơ hội tăng trưởng cho doanh nghiệp miền Trung

Tech Circle #01 với chủ đề “AI đi vào vận hành: Cơ hội tăng trưởng mới cho doanh nghiệp miền Trung” đã giúp Ban tổ chức và doanh nghiệp tìm được "điểm chạm", giúp doanh nghiệp có góc nhìn thấu đáo về việc áp dụng AI vào thực tiễn.
Cơ chế tài chính mới tạo đột phá cho công nghệ chiến lược

Cơ chế tài chính mới tạo đột phá cho công nghệ chiến lược

Cơ chế tài chính mới dành cho nhiệm vụ nghiên cứu, phát triển công nghệ chiến lược cho phép thù lao Tổng công trình sư tối đa 300 triệu đồng/tháng, đồng thời quản lý kinh phí theo gói công việc, mốc đánh giá và trao quyền tự chủ cao hơn cho tổ chức thực hiện.
Bán tải VinFast VF Wild lộ bản chạy thử: Tối ưu linh kiện cơ điện tử, chờ đợi đột phá từ công nghệ EREV

Bán tải VinFast VF Wild lộ bản chạy thử: Tối ưu linh kiện cơ điện tử, chờ đợi đột phá từ công nghệ EREV

Ngày 6/8, những hình ảnh rò rỉ đầu tiên về nguyên mẫu tiền thương mại của mẫu bán tải điện VinFast VF Wild đã thu hút sự chú ý lớn từ giới chuyên môn khi xuất hiện tại một sự kiện nội bộ.
Ra mắt máy quét sóng milimet giúp kiểm tra hàng hóa không cần tia X

Ra mắt máy quét sóng milimet giúp kiểm tra hàng hóa không cần tia X

Rohde & Schwarz vừa giới thiệu R&S Imager - hệ thống kiểm tra sử dụng sóng milimet (millimeter-wave) có khả năng "nhìn xuyên" qua các loại bao bì thông thường như nhựa, bìa carton và vật liệu composite mà không cần sử dụng tia X. Theo hãng, công nghệ mới mở ra bước tiến quan trọng trong kiểm tra chất lượng, cho phép quan sát cấu trúc bên trong sản phẩm ngay trên dây chuyền sản xuất với tốc độ cao, đồng thời đảm bảo an toàn cho cả sản phẩm và người vận hành.
Phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đáp ứng các ngành công nghệ chiến lược

Phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đáp ứng các ngành công nghệ chiến lược

Phó Thủ tướng Chính phủ Lê Tiến Châu vừa ký Quyết định số 1528/QĐ-TTg ngày 11/8/2026 phê duyệt Chương trình quốc gia phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đến năm 2030, định hướng đến năm 2035 (Chương trình).
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/8: Chờ VN-Index test lại ngưỡng hỗ trợ quanh mốc 1.720 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/8: Chờ VN-Index test lại ngưỡng hỗ trợ quanh mốc 1.720 điểm

VN-Index có thể tiếp tục chịu áp lực điều chỉnh trong phiên 14/8 sau khi giảm mạnh 27,55 điểm trong phiên trước. Giới phân tích cho rằng nhà đầu tư nên thận trọng, chờ chỉ số kiểm định vùng hỗ trợ 1.710-1.720 điểm trước khi cân nhắc mở lại vị thế mua.