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
Thành phố Hồ Chí Minh đẩy mạnh thu hút vốn đầu tư

Thành phố Hồ Chí Minh đẩy mạnh thu hút vốn đầu tư

Tính lũy kế đến nay, TP. Hồ Chí Minh có hơn 22.036 dự án còn hiệu lực với tổng vốn đăng ký đạt hơn 157,4 tỷ USD, tiếp tục giữ vững vị trí dẫn đầu cả nước và minh chứng rõ nét cho niềm tin ngày càng lớn của giới đầu tư quốc tế.
Trải nghiệm Kepware Server, OPC Router và diode dữ liệu ArrowLinx vận hành trực tiếp tại VIMF x VIAF 2026 Bắc Ninh

Trải nghiệm Kepware Server, OPC Router và diode dữ liệu ArrowLinx vận hành trực tiếp tại VIMF x VIAF 2026 Bắc Ninh

Triển lãm VIMF x VIAF 2026 diễn ra từ ngày 4 đến 6/11/2026 tại Trung tâm Văn hóa Kinh Bắc, Bắc Ninh. Tại gian hàng 729, Allied Solutions Global sẽ mang đến cơ hội trải nghiệm các giải pháp Kepware Server, OPC Router và diode dữ liệu ArrowLinx.
Khám phá hệ thống điều khiển số lùi trên các dòng xe máy điện thế hệ mới

Khám phá hệ thống điều khiển số lùi trên các dòng xe máy điện thế hệ mới

Ứng dụng điều khiển điện tử, số lùi trên xe máy điện đang trở thành chuẩn công nghệ mới, tối ưu trải nghiệm tự động hóa cho người vận hành.
Đâu là giải pháp cấp nguồn tin cậy cho hệ thống tự động hóa

Đâu là giải pháp cấp nguồn tin cậy cho hệ thống tự động hóa

Trong các hệ thống tự động hóa, bộ nguồn đóng vai trò duy trì hoạt động ổn định cho PLC, cảm biến, thiết bị điều khiển và các thành phần điện tử. Vậy đâu là bộ nguồn đáng tin cậy cho hệ thống tự động hóa nhà máy của bạn?
EU thúc đẩy đánh giá rủi ro, nâng cao an ninh mạng công nghiệp

EU thúc đẩy đánh giá rủi ro, nâng cao an ninh mạng công nghiệp

Khả năng phục hồi mạng của Liên minh châu Âu (EU CRA) sẽ chính thức có hiệu lực từ ngày 11/12/2027, đặt ra những yêu cầu mới về an ninh mạng đối với các sản phẩm có yếu tố kỹ thuật số được đưa ra thị trường EU. Theo Michael Medoff, Giám đốc chứng nhận của exida LLC., đánh giá rủi ro là bước đi quan trọng hàng đầu giúp các nhà sản xuất xây dựng lộ trình tuân thủ quy định này.
Nhận định phiên giao dịch ngày 3/11: Hạn chế bán tháo

Nhận định phiên giao dịch ngày 3/11: Hạn chế bán tháo

Sau phiên giảm mạnh hơn 30 điểm, VN-Index được kỳ vọng có nhịp hồi phục trở lại, hướng tới vùng kháng cự 1.750 điểm. Trong bối cảnh áp lực bán vẫn lớn nhưng đà giảm có dấu hiệu thu hẹp về cuối phiên, nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế bán tháo, đồng thời tận dụng nhịp hồi để cơ cấu danh mục và hạ tỷ trọng cổ phiếu vi phạm ngưỡng rủi ro.
Thị trường chứng khoán ngày 02/11: Các nhóm ngành đồng loạt suy yếu, VN Index rơi về vùng 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 02/11: Các nhóm ngành đồng loạt suy yếu, VN Index rơi về vùng 1.700 điểm

Áp lực bán tháo gia tăng khiến VN Index có thời điểm đánh mất mốc 1.700 điểm trong phiên. Có tới 281 cổ phiếu giảm giá, đặc biệt nhiều mã ngân hàng, chứng khoán giảm sâu. Dù lực cầu bắt đáy nhập cuộc cuối phiên cũng chỉ giúp chỉ số thu hẹp một phần đà lao dốc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 03/11/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Hợi cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 03/11/2026: Tuổi Thân vận trình khởi sắc, tuổi Hợi 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 03/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
DigiKey mở rộng khả năng tiếp cận linh kiện cho doanh nghiệp sản xuất Việt Nam

DigiKey mở rộng khả năng tiếp cận linh kiện cho doanh nghiệp sản xuất Việt Nam

Với danh mục hơn 17,7 triệu linh kiện từ 3.000 nhà sản xuất, DigiKey hướng đến hỗ trợ kỹ sư và doanh nghiệp trong nước rút ngắn thời gian tìm nguồn cung, phát triển sản phẩm và duy trì hoạt động sản xuất.
MTTS đưa thiết bị y tế sơ sinh Việt Nam ra thị trường toàn cầu

MTTS đưa thiết bị y tế sơ sinh Việt Nam ra thị trường toàn cầu

Từ năm 2004, Công ty TNHH Chuyển giao công nghệ và Dịch vụ Y Tế (MTTS) lựa chọn hướng phát triển các giải pháp y tế chuyên biệt dành cho trẻ sơ sinh, nhóm bệnh nhân cần được chăm sóc đặc biệt và có nguy cơ cao trước những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.
master