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
AI và tự động hóa thông minh tái định hình vận hành tòa nhà công nghiệp

AI và tự động hóa thông minh tái định hình vận hành tòa nhà công nghiệp

Trong bối cảnh chi phí năng lượng liên tục gia tăng và yêu cầu sản xuất ngày càng khắt khe, các tòa nhà công nghiệp đang chuyển mình từ vai trò là hạ tầng phục vụ sản xuất sang trở thành một "tài sản thông minh" có khả năng tự tối ưu vận hành. Xu hướng này được thúc đẩy bởi sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI), phân tích dự đoán và các hệ thống điều khiển tự động, mở ra một mô hình quản lý cơ sở sản xuất hiệu quả hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có khả năng thích ứng với biến động của thị trường.
Việt Nam đầu tư hệ thống trung tâm nghiên cứu, thử nghiệm cho công nghệ chiến lược

Việt Nam đầu tư hệ thống trung tâm nghiên cứu, thử nghiệm cho công nghệ chiến lược

Phó Thủ tướng Chính phủ Hồ Quốc Dũng vừa ký Quyết định số 1483/QĐ-TTg ngày 04/8/2026 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề án “Phát triển hệ thống các trung tâm nghiên cứu, thử nghiệm, các phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia, tập trung cho công nghệ chiến lược".
Nhận định phiên giao dịch ngày 7/8: Tránh mua đuổi trong các nhịp hồi

Nhận định phiên giao dịch ngày 7/8: Tránh mua đuổi trong các nhịp hồi

Sau phiên điều chỉnh khá mạnh ngày 6/8, các công ty chứng khoán cho rằng thị trường nhiều khả năng sẽ tiếp tục diễn biến giằng co trong ngắn hạn khi áp lực chốt lời vẫn hiện hữu. Nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế mua đuổi trong các nhịp hồi, duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức hợp lý và chờ tín hiệu rõ ràng hơn trước khi gia tăng giải ngân.
Kết nối hệ sinh thái để doanh nghiệp Việt tham gia sâu chuỗi cung ứng toàn cầu

Kết nối hệ sinh thái để doanh nghiệp Việt tham gia sâu chuỗi cung ứng toàn cầu

Trong bối cảnh ngành sản xuất đứng trước yêu cầu đồng thời nâng cao năng suất, tối ưu chi phí, đáp ứng tiêu chuẩn xanh và tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị toàn cầu, chuyển đổi số và sản xuất thông minh đang trở thành động lực phát triển tất yếu.
Thị trường chứng khoán ngày 6/8: Dòng tiền thận trọng, VN Index giảm phiên thứ hai liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 6/8: Dòng tiền thận trọng, VN Index giảm phiên thứ hai liên tiếp

Chỉ số VN Index giảm gần 12 điểm khi nhóm ngân hàng, chứng khoán và bất động sản đồng loạt suy yếu. Tuy nhiên, thanh khoản giảm mạnh cho thấy áp lực chủ yếu đến từ hoạt động chốt lời ngắn hạn, thay vì một làn sóng bán tháo.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/8/2026: Tuổi Thìn tài lộc khởi sắc, tuổi Mão cần giữ bình tĩnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 7/8/2026: Tuổi Thìn tài lộc khởi sắc, tuổi Mão cần giữ bình tĩnh

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 7/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
UniHackfest 2026: Thúc đẩy tư duy phát triển sản phẩm AI và Web3 cho sinh viên HUTECH

UniHackfest 2026: Thúc đẩy tư duy phát triển sản phẩm AI và Web3 cho sinh viên HUTECH

Sáng 5/8, Viện Kỹ thuật của Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh (HUTECH) đã phối hợp cùng Corelia Academy tổ chức workshop “UniHackfest × HUTECH Unitour 2026: From Idea to Working Product”. Chương trình mang đến cho sinh viên cơ hội tiếp cận quy trình phát triển sản phẩm công nghệ từ ý tưởng đến triển khai thực tiễn, đồng thời cập nhật những xu hướng mới trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo (AI), Web3 và chuyển đổi số.
Đề xuất hoàn thiện Luật Xuất bản để đáp ứng yêu cầu phát triển mới

Đề xuất hoàn thiện Luật Xuất bản để đáp ứng yêu cầu phát triển mới

Đóng góp ý kiến tại các tổ sáng 5/8 về dự án Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Xuất bản trong khuôn khổ Kỳ họp không thường lệ thứ Nhất, đại biểu Quốc hội đề nghị sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Xuất bản. Các ý kiến cũng nhấn mạnh cần nâng cao chất lượng hoạt động của các nhà xuất bản, khắc phục những bất cập, sai phạm phát sinh trong thực tiễn.
FCC siết cấp phép robot và bộ biến tần nước ngoài để bảo vệ chuỗi cung ứng Mỹ

FCC siết cấp phép robot và bộ biến tần nước ngoài để bảo vệ chuỗi cung ứng Mỹ

Ủy ban Truyền thông Liên bang Mỹ (FCC) vừa thông qua quy định mới nhằm hạn chế việc cấp phép cho một số robot tiên tiến và bộ biến tần sản xuất ở nước ngoài. Theo FCC, quyết định này xuất phát từ những lo ngại về nguy cơ tạo ra các lỗ hổng trong chuỗi cung ứng, có thể ảnh hưởng đến an ninh kinh tế, an ninh quốc gia cũng như làm gia tăng rủi ro an ninh mạng đối với các cơ sở hạ tầng trọng yếu của Mỹ.
Công nghệ chiến lược được trao cơ chế mới để tăng tốc phát triển

Công nghệ chiến lược được trao cơ chế mới để tăng tốc phát triển

Với hành lang pháp lý cơ bản được hoàn thiện, công nghệ chiến lược đang được trao nhiều cơ chế đặc thù về tài chính, nhân lực và quản trị rủi ro. Bộ KH&CN đã tiếp nhận hàng chục đề xuất nhiệm vụ, tạo nền tảng để các doanh nghiệp, viện nghiên cứu và cơ sở đào tạo tăng tốc làm chủ các công nghệ then chốt.
song-gia-tri