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

vcca2026
Tin bài khác
Phát động Cuộc thi viết “Vượt lên số phận” lần thứ IX

Phát động Cuộc thi viết “Vượt lên số phận” lần thứ IX

Sáng ngày 20/5/2026, tại Hà Nội, Tạp chí Thanh niên phối hợp cùng Học viện Báo chí và Tuyên truyền, Hội Bảo trợ người khuyết tật và trẻ mồ côi Việt Nam tổ chức phát động Cuộc thi viết “Vượt lên số phận” lần thứ IX.
Giải thưởng “Việt Nam hạnh phúc - Happy Vietnam năm 2026” khẳng định sâu sắc quyền con người Việt Nam

Giải thưởng “Việt Nam hạnh phúc - Happy Vietnam năm 2026” khẳng định sâu sắc quyền con người Việt Nam

Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch vừa phối hợp với Đài Truyền hình Việt Nam và Hội Nghệ sĩ Nhiếp ảnh Việt Nam tổ chức phát động Giải thưởng truyền thông về quyền con người “Việt Nam hạnh phúc - Happy Vietnam 2026”.
Bộ Văn hoá, Thể thao và Du lịch có Thứ trưởng mới

Bộ Văn hoá, Thể thao và Du lịch có Thứ trưởng mới

Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng vừa ký Quyết định số 919/QĐ-TTg ngày 21/5/2026 về việc tiếp nhận, bổ nhiệm giữ chức Thứ trưởng Bộ Văn hoá, Thể thao và Du lịch đối với ông Nguyễn Huy Dũng.
BAH Group và KCI Hàn Quốc tăng cường chuẩn hóa ISO-ESG cho doanh nghiệp Việt Nam

BAH Group và KCI Hàn Quốc tăng cường chuẩn hóa ISO-ESG cho doanh nghiệp Việt Nam

Trong bối cảnh các yêu cầu về phát triển bền vững, minh bạch dữ liệu và giảm phát thải đang trở thành điều kiện bắt buộc trong chuỗi cung ứng toàn cầu, việc xây dựng hệ thống quản trị ESG theo chuẩn quốc tế không còn là lựa chọn mà đã trở thành yêu cầu chiến lược đối với doanh nghiệp Việt Nam. Hợp tác giữa BAH Group và Korea Compliance Initiative (KCI - Hàn Quốc) được xem là một bước đi đáng chú ý nhằm thúc đẩy quá trình chuẩn hóa ESG theo hướng thực thi thực chất, gắn với công nghệ quản trị và chuyển đổi vận hành doanh nghiệp.
TP.HCM thúc đẩy công nghiệp hỗ trợ bằng chính sách vốn, chuyển đổi số và quản trị năng lượng

TP.HCM thúc đẩy công nghiệp hỗ trợ bằng chính sách vốn, chuyển đổi số và quản trị năng lượng

Trong bối cảnh ngành sản xuất đang bước vào giai đoạn tái cấu trúc mạnh mẽ theo hướng xanh hóa, số hóa và nâng cao tỷ lệ nội địa hóa, Thành phố Hồ Chí Minh tiếp tục đẩy mạnh các chương trình hỗ trợ doanh nghiệp công nghiệp và công nghiệp hỗ trợ tiếp cận chính sách ưu đãi, công nghệ mới cũng như các giải pháp quản trị hiện đại.
Hội Tự động hóa Việt Nam đề xuất chuyển đổi số Đông y, liên kết 5 bên chăm sóc sức khỏe cộng đồng

Hội Tự động hóa Việt Nam đề xuất chuyển đổi số Đông y, liên kết 5 bên chăm sóc sức khỏe cộng đồng

Với định hướng xây dựng hệ sinh thái số cho lĩnh vực y học cổ truyền và chăm sóc sức khỏe cộng đồng, Hội Tự động hóa Việt Nam cùng 4 đơn vị chuyên môn, y tế và văn hóa đã đề xuất hàng loạt chương trình hợp tác về dữ liệu sức khỏe, AI, bảo tồn tri thức Đông y và liên kết cộng đồng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/5: Hạn chế mua mới cổ phiếu đang tiệm cận kháng cự

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/5: Hạn chế mua mới cổ phiếu đang tiệm cận kháng cự

Dù VN-Index vẫn duy trì xu hướng hồi phục nhờ lực kéo từ nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn, dòng tiền hiện chưa lan tỏa mạnh trên toàn thị trường và áp lực rung lắc vẫn hiện hữu ở nhiều nhóm ngành. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư thận trọng với những cổ phiếu đã tăng nóng và đang tiến sát vùng kháng cự, đồng thời ưu tiên giải ngân từng phần ở các mã có nền tảng cơ bản tốt và tín hiệu tích lũy tích cực.
Festo ra mắt phần mềm gắp robot dùng AI cho môi trường xử lý đa sản phẩm

Festo ra mắt phần mềm gắp robot dùng AI cho môi trường xử lý đa sản phẩm

Festo vừa giới thiệu GripperAI, phần mềm gắp robot ứng dụng AI cho phép robot xử lý nhiều loại sản phẩm khác nhau mà không cần lập trình riêng cho từng mã hàng.
Sony kỷ niệm 10 năm dòng 1000X bằng mẫu tai nghe cao cấp hơn cả XM6

Sony kỷ niệm 10 năm dòng 1000X bằng mẫu tai nghe cao cấp hơn cả XM6

Thay vì tập trung vào cuộc đua công nghệ mới, sản phẩm gây chú ý nhờ thiết kế mang hơi hướng hoài niệm, chất liệu sang trọng cùng trải nghiệm âm thanh được tinh chỉnh kỹ lưỡng dành cho nhóm người dùng đam mê âm nhạc và yêu thích triết lý thiết kế của Sony.
Hội Tự động hóa Việt Nam ra mắt Văn phòng Hệ sinh thái doanh nghiệp

Hội Tự động hóa Việt Nam ra mắt Văn phòng Hệ sinh thái doanh nghiệp

Chiều 21/5, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) khai trương Văn phòng Hệ sinh thái khởi nghiệp, đặt tại Thư viện Tạ Quang Bửu, Đại học Bách khoa Hà Nội. Sự kiện đánh dấu bước phát triển mới của Đề án Hệ sinh thái doanh nghiệp được khởi xướng từ năm 2025.
vn-web
song-gia-tri