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
Quản lý tài sản mã hóa trong kỷ nguyên kinh tế số và một số định hướng chính sách tại Việt Nam

Quản lý tài sản mã hóa trong kỷ nguyên kinh tế số và một số định hướng chính sách tại Việt Nam

Trong kỷ nguyên kinh tế số, sự bùng nổ của công nghệ sổ cái phân tán (DLT) đã hình thành nên một loại tài sản mới: tài sản mã hóa (Crypto Assets).
AI bước sang chương mới, hơn 1.000 lãnh đạo cùng tìm lời giải

AI bước sang chương mới, hơn 1.000 lãnh đạo cùng tìm lời giải

Sau nhiều năm tập trung vào tiềm năng của trí tuệ nhân tạo (AI), câu hỏi mà doanh nghiệp đang quan tâm không còn là “AI có thể làm gì?” mà là “Làm thế nào để triển khai AI hiệu quả và tạo ra giá trị thực?”
Omoda & Jaecoo Tân Phú chính thức khai trương đại lý 3S tại TP.Hồ Chí Minh

Omoda & Jaecoo Tân Phú chính thức khai trương đại lý 3S tại TP.Hồ Chí Minh

Nhằm tiếp tục mở rộng mạng lưới phân phối tại những thị trường ô tô năng động nhất cả nước, sáng ngày 19/8/2026, tại 38 Chế Lan Viên, phường Tây Thạnh, TP.Hồ Chí Minh, Omoda & Jaecoo Việt Nam đã chính thức khai trương đưa vào hoạt động đại lý phân phối Omoda & Jaecoo Tân Phú.
Thị trường chứng khoán ngày 19/8: 220 mã giảm giá, VN Index tiếp tục trạng thái giằng co

Thị trường chứng khoán ngày 19/8: 220 mã giảm giá, VN Index tiếp tục trạng thái giằng co

VN Index chỉ mất hơn 5 điểm nhưng phía sau đó là 220 cổ phiếu giảm giá và một phiên bán ròng mạnh của khối ngoại. Khi thanh khoản tiếp tục ở mức thấp, thị trường đang bước vào giai đoạn thử thách sự kiên nhẫn của nhà đầu tư.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/8/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/8/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Thân cần thận trọng

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 20/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Đại học Nam Cần Thơ thành lập Viện Nghiên cứu Robot và Trí tuệ nhân tạo

Đại học Nam Cần Thơ thành lập Viện Nghiên cứu Robot và Trí tuệ nhân tạo

Trường Đại học Nam Cần Thơ thành lập Viện Nghiên cứu Robot và Trí tuệ nhân tạo DNC, hướng tới xây dựng trung tâm đào tạo, nghiên cứu ứng dụng, chuyển giao công nghệ và từng bước tự chủ chế tạo robot tích hợp AI, với tỷ lệ nội địa hóa trên 60% vào năm 2029.
[E-Magazine] Cùng nhau đẩy lùi "Rác AI", củng cố niềm tin xã hội trên mặt trận truyền thông số

[E-Magazine] Cùng nhau đẩy lùi "Rác AI", củng cố niềm tin xã hội trên mặt trận truyền thông số

Chúng ta đang sống trong thời đại số, với tràn ngập thông tin trên mạng Intrenet và các nền tảng mạng xã hội. Thông tin trên mạng Intrenet và các nền tảng mạng xã hội xuất hiện thường xuyên, liên tục, thậm chí được lặp đi lặp lại theo cấp số nhân, số lượng tương tác tăng chóng mặt.
Kỳ 3: Trạm sạc - phần chìm của niềm tin vào xe điện

Kỳ 3: Trạm sạc - phần chìm của niềm tin vào xe điện

Một chiếc xe điện có thể làm người ta chú ý bằng dáng vẻ, độ êm và cảm giác không mùi xăng. Nhưng để người dân thật sự tin vào nó, chiếc xe ấy phải trả lời được những câu hỏi rất đời thường: đi xa có sạc được không, chờ có lâu không, trạm có an toàn không và đến lúc cần, năng lượng có hiện diện đúng chỗ hay không…? Trong hành trình xanh hóa giao thông, trạm sạc là phần chìm nhưng quyết định độ nổi của cả con tàu.
Robot Phone của Honor trình làng

Robot Phone của Honor trình làng

Ngày 12/8 Honor chính thức trình làng mẫu Robot Phone tại Trung Quốc, công bố toàn bộ thông số kỹ thuật cùng giá bán.
Nhận định phiên giao dịch ngày 19/8: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 19/8: Duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi

Sau phiên hồi phục ngày 18/8, VN-Index vẫn chưa cho thấy tín hiệu đủ mạnh để xác nhận một xu hướng tăng bền vững. Các chỉ báo kỹ thuật đang ở trạng thái trung tính, trong khi độ rộng thị trường và thanh khoản chưa tạo được sự đồng thuận. Nhà đầu tư ngắn hạn được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức trung bình, tránh mua đuổi và ưu tiên quản trị rủi ro.