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
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/4: Thận trọng hơn khi mở mua mới

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/4: Thận trọng hơn khi mở mua mới

VN-Index điều chỉnh nhẹ trong bối cảnh áp lực chốt lời gia tăng và độ rộng thị trường suy yếu. Khi chỉ số rung lắc tại vùng kháng cự cao, nhà đầu tư được khuyến nghị thận trọng hơn với các quyết định giải ngân mới.
Điều chỉnh mục tiêu sản xuất: Từ dữ liệu đến lợi nhuận bền vững

Điều chỉnh mục tiêu sản xuất: Từ dữ liệu đến lợi nhuận bền vững

Trong bối cảnh sản xuất công nghiệp hiện đại, việc cải thiện khả năng kiểm soát quy trình không còn là đích đến cuối cùng. Một nghịch lý phổ biến tại các nhà máy sản xuất liên tục, đặc biệt trong ngành giấy là dù độ ổn định vận hành được nâng cao, báo cáo chi phí vẫn không ghi nhận cải thiện đáng kể. Điều này đặt ra yêu cầu về một cách tiếp cận mới: chuyển từ “kiểm soát tốt hơn” sang “tối ưu hóa giá trị kinh tế”.
Vĩnh Long gìn giữ, phát huy giá trị văn hóa dân tộc

Vĩnh Long gìn giữ, phát huy giá trị văn hóa dân tộc

Từ lâu, tỉnh Vĩnh Long có bề dày truyền thống lịch sử, văn hóa, cách mạng, giàu tinh thần yêu nước, nhân nghĩa, hiếu học, cần cù và sáng tạo. Đây là nơi hội tụ, giao thoa văn hóa của đồng bào dân tộc Kinh, Khmer, Hoa, Chăm,... tạo nên bức tranh đa sắc về phong tục, tôn giáo, lối sống đặc trưng của vùng sông nước Nam Bộ.
Thị trường chứng khoán ngày 21/4: Áp lực bán cuối phiên gia tăng, VN-Index đảo chiều giảm nhẹ

Thị trường chứng khoán ngày 21/4: Áp lực bán cuối phiên gia tăng, VN-Index đảo chiều giảm nhẹ

Thị trường chứng khoán ngày 21/4 ghi nhận diễn biến đảo chiều vào cuối phiên khi áp lực bán tăng mạnh ở nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn, kéo VN-Index từ trạng thái tăng điểm chuyển sang giảm nhẹ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/4/2026: Tuổi Tý điềm tranh đoạt, tuổi Mùi tiến triển mới

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/4/2026: Tuổi Tý điềm tranh đoạt, tuổi Mùi tiến triển mới

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 22/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Dấu ấn công nghệ, mở rộng hợp tác tại Mining & Construction Vietnam 2026

Dấu ấn công nghệ, mở rộng hợp tác tại Mining & Construction Vietnam 2026

Triển lãm Mining & Construction Vietnam 2026 quy tụ gần 200 doanh nghiệp đến từ 17 quốc gia và vùng lãnh thổ, mang tới những công nghệ và xu hướng mới nhất trong lĩnh vực khai khoáng, xây dựng trên thế giới.
Doanh nghiệp một người: “Sói đơn độc” hay đơn vị kinh tế có điều kiện

Doanh nghiệp một người: “Sói đơn độc” hay đơn vị kinh tế có điều kiện

Trong bối cảnh kinh tế hiện đại, không phải ai cũng cần thành lập một công ty theo cách truyền thống, nhưng ngày càng nhiều cá nhân buộc phải tự biến mình thành một thực thể doanh nghiệp để thích nghi. Khái niệm "Company of One" (Doanh nghiệp một người)4 không còn là một ý tưởng xa lạ mà đã trở thành một hệ điều hành mới cho sự nghiệp trong kỷ nguyên số.
Tăng cường sức đề kháng trong cuộc chiến chống vi phạm bản quyền ở lĩnh vực xuất bản

Tăng cường sức đề kháng trong cuộc chiến chống vi phạm bản quyền ở lĩnh vực xuất bản

Ngày 20/4, Báo Nhân Dân tổ chức tọa đàm "Tăng cường sức đề kháng trong cuộc chiến chống vi phạm bản quyền ở lĩnh vực xuất bản".
Tennis vì cộng đồng: Khi mỗi cú đánh tạo nên hy vọng

Tennis vì cộng đồng: Khi mỗi cú đánh tạo nên hy vọng

Không chỉ là một giải tennis phong trào, E&A Open lần thứ 15 - Cúp Á Âu Electric tiếp tục khẳng định vai trò là điểm hẹn của đam mê, kết nối và sẻ chia. Năm 2026, giải đấu mang theo một sứ mệnh đặc biệt: gây quỹ hỗ trợ bệnh nhi có hoàn cảnh khó khăn, để mỗi cú đánh trên sân đều góp phần thắp lên những hy vọng ngoài đời.
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/4: Cơ hội gia tăng tỷ trọng khi thị trường điều chỉnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/4: Cơ hội gia tăng tỷ trọng khi thị trường điều chỉnh

Sau phiên tăng mạnh, thị trường được dự báo có thể xuất hiện các nhịp điều chỉnh ngắn hạn do tâm lý thận trọng gia tăng, mở ra cơ hội để nhà đầu tư cân nhắc gia tăng tỷ trọng ở những cổ phiếu có nền tảng tốt.
vn-web
song-gia-tri