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
17,2 tỷ USD FDI: TP.Hồ Chí Minh chuyển từ thu hút vốn sang kiến tạo năng lực công nghệ

17,2 tỷ USD FDI: TP.Hồ Chí Minh chuyển từ thu hút vốn sang kiến tạo năng lực công nghệ

Đạt 17,225 tỷ USD vốn FDI tính đến giữa tháng 9/2026 (vượt 56,6% kế hoạch năm), TP.Hồ Chí Minh đang đứng trước bước ngoặt lớn: chuyển từ đếm con số quy mô vốn sang đo lường năng lực kiến tạo công nghệ, hạ tầng dữ liệu và chuỗi cung ứng lan tỏa cho doanh nghiệp nội địa.
Đối thoại y tế TP.Hồ Chí Minh: Gỡ điểm nghẽn để mở đường cho công nghệ và đầu tư

Đối thoại y tế TP.Hồ Chí Minh: Gỡ điểm nghẽn để mở đường cho công nghệ và đầu tư

Hội nghị Đối thoại Doanh nghiệp - Chính quyền TP.Hồ Chí Minh, chuyên đề lĩnh vực y tế diễn ra sáng 25/9/2026 cho thấy một thực tế: khi hệ thống y tế mở rộng cả về quy mô, không gian và nhu cầu đầu tư, bài toán đặt ra không chỉ là bổ sung nguồn lực mà còn phải tháo gỡ những điểm nghẽn về thủ tục, dữ liệu, trang thiết bị và cơ chế đầu tư.
Cảnh báo về nguy cơ AI vượt tầm kiểm soát của con người

Cảnh báo về nguy cơ AI vượt tầm kiểm soát của con người

Các công ty trí tuệ nhân tạo hàng đầu thế giới ngày 23/9 đã cảnh báo Hội đồng Bảo an Liên hợp quốc về những rủi ro mà AI có thể gây ra cho nhân loại, đồng thời kêu gọi các chính phủ hợp tác để quản lý công nghệ ngày càng mạnh mẽ này.
Ngày hội Đổi mới sáng tạo quốc gia 2026: Kết nối nguồn lực, thúc đẩy công nghệ

Ngày hội Đổi mới sáng tạo quốc gia 2026: Kết nối nguồn lực, thúc đẩy công nghệ

Theo Nghị định số 268/2025/NĐ-CP ngày 14/10/2025 của Chính phủ, ngày 1/10 hằng năm là Ngày hội Đổi mới sáng tạo quốc gia (INNOVATION DAY) do Bộ Khoa học và Công nghệ chủ trì. Quy định này nhằm tạo một dấu mốc thường niên để lan tỏa tinh thần đổi mới sáng tạo trong xã hội, đồng thời thúc đẩy ứng dụng, phát triển và thương mại hóa công nghệ.
Thị trường chứng khoán ngày 25/9: VN Index tăng hơn 10 điểm, cổ phiến họ Vin dẫn dắt nhịp hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 25/9: VN Index tăng hơn 10 điểm, cổ phiến họ Vin dẫn dắt nhịp hồi phục

VN Index tăng 10,02 điểm nhờ sự hồi phục mạnh của nhóm bất động sản và một số cổ phiếu vốn hóa lớn. Tuy nhiên, thanh khoản tiếp tục suy giảm và số mã giảm vẫn áp đảo, cho thấy thị trường chưa hoàn toàn thoát khỏi trạng thái thận trọng.
Vinamilk được giới đầu tư ghi nhận nhờ cam kết tạo giá trị dài hạn

Vinamilk được giới đầu tư ghi nhận nhờ cam kết tạo giá trị dài hạn

Vượt qua quá trình khảo sát gần 700 doanh nghiệp đang niêm yết, Vinamilk được vinh danh ở hai hạng mục quan trọng của IR Awards 2026, gồm “Website IR được Nhà đầu tư yêu thích nhất” và “Hoạt động IR được Định chế tài chính đánh giá cao nhất” trong nhóm doanh nghiệp vốn hóa lớn phi tài chính. Diễn ra đúng cột mốc 50 năm thành lập, kết quả tiếp tục ghi nhận những nỗ lực của doanh nghiệp trong minh bạch thông tin, nâng cao khả năng tiếp cận và xây dựng niềm tin với thị trường vốn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/9/2026: Tuổi Dậu vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ nên thận trọng công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/9/2026: Tuổi Dậu vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ nên thận trọng công việc

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 26/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
LPS lên kế hoạch huy động 400 tỷ đồng qua trái phiếu

LPS lên kế hoạch huy động 400 tỷ đồng qua trái phiếu

CTCP Chứng khoán LPS (Mã: LPS) vừa thông qua phương án phát hành riêng lẻ 400 tỷ đồng trái phiếu không tài sản bảo đảm nhằm bổ sung nguồn vốn cho hoạt động kinh doanh cốt lõi trong năm 2026.
PVcombank báo lãi trước thuế hơn 1.000 tỷ đồng trong nửa đầu năm 2026

PVcombank báo lãi trước thuế hơn 1.000 tỷ đồng trong nửa đầu năm 2026

Nhờ sự cải thiện của hoạt động kinh doanh cốt lõi, trong 6 tháng đầu năm 2026, lợi nhuận trước thuế tại PVcombank đạt 1.023 tỷ đồng, tăng 26% so với cùng kỳ năm trước và tiếp tục củng cố vững chắc nền tảng hoạt động.
Nhà máy Mỹ tăng tốc tự động hóa nhưng đang đối mặt với một “nút thắt” khác

Nhà máy Mỹ tăng tốc tự động hóa nhưng đang đối mặt với một “nút thắt” khác

Làn sóng đầu tư mới đang thúc đẩy ngành sản xuất Mỹ mở rộng nhà máy, sản xuất chip, pin, robot, tàu biển và thiết bị quốc phòng. Tuy nhiên, bên cạnh bài toán thiếu lao động, một thách thức ít được chú ý đang ngày càng rõ nét: làm thế nào để giữ lại tri thức và kinh nghiệm vận hành khi lực lượng lao động già hóa và các chuyên gia lần lượt nghỉ việc?