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
Doanh nghiệp cùng các nhà khoa học thảo luận về ứng dụng tự động hóa tiên tiến trong biến đổi và truyền tải điện năng

Doanh nghiệp cùng các nhà khoa học thảo luận về ứng dụng tự động hóa tiên tiến trong biến đổi và truyền tải điện năng

Hiện nay, vấn đề phát triển và vận hành hệ thống điện có kết nối nhiều dạng nguồn vào lưới đặt ra rất nhiều thách thức cho tính ổn định, chia sẻ nguồn, dự báo, chỉ tiêu chất lượng điện năng, tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm tài chính, an ninh năng lượng trong nước và các nước xung quanh,…
Cần xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo trong nghành ngũ kim và dụng cụ phụ trợ

Cần xây dựng hệ sinh thái đổi mới sáng tạo trong nghành ngũ kim và dụng cụ phụ trợ

Ngành ngũ kim và dụng cụ phụ trợ có đặc điểm nổi bật: Sản phẩm thường nhỏ, đơn giá không cao, nhưng lại thâm nhập sâu vào hàng loạt chuỗi giá trị khác nhau từ xây dựng, nội thất, cơ khí, điện - điện tử, bảo trì công nghiệp, sản xuất thiết bị, thương mại và xuất khẩu. Do đó, nếu ngành này cải tiến thiết kế, chuẩn hóa, số hóa, vật liệu và quy trình tốt hơn, tác động lan tỏa sẽ rất lớn, từ đó nâng cao năng lực sản xuất và cạnh tranh tổng thể cho nền kinh tế Việt Nam.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: SHB được vinh danh với giải pháp tài chính dành cho tiểu thương xuất sắc

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: SHB được vinh danh với giải pháp tài chính dành cho tiểu thương xuất sắc

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: MB cung cấp dịch vụ đổi ngoại tệ mặt hợp pháp cho nhu cầu du lịch; SHB được vinh danh với giải pháp tài chính dành cho tiểu thương xuất sắc; MB cung cấp dịch vụ đổi ngoại tệ mặt hợp pháp...
Sử dụng trí tuệ nhân tạo để tăng hiệu quả năng lượng trong các hệ thống truyền động công nghiệp

Sử dụng trí tuệ nhân tạo để tăng hiệu quả năng lượng trong các hệ thống truyền động công nghiệp

Một dự án nghiên cứu mới tại Áo đang khai thác sức mạnh của trí tuệ nhân tạo (AI) để nâng cao hiệu quả năng lượng cho các hệ thống truyền động công nghiệp, hứa hẹn mang lại bước tiến đáng kể cho lĩnh vực tự động hóa sản xuất.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/6/2026: Tuổi Thìn tài lộc khởi sắc, tuổi Dần đề phòng xung đột

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/6/2026: Tuổi Thìn tài lộc khởi sắc, tuổi Dần đề phòng xung đột

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 28/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Crafted Living: Dấu ấn nhà sáng lập kết tinh thành triết lý phát triển

Crafted Living: Dấu ấn nhà sáng lập kết tinh thành triết lý phát triển

Không tạo ra những sản phẩm với công năng đơn thuần, các thương hiệu xa xỉ mang đến cảm giác tự hào, sự đẳng cấp và câu chuyện cá nhân hóa đầy cảm xúc cùng giá trị di sản cho người sở hữu. Đây cũng chính là triết lý của nhà chế tác bất động sản nghệ thuật Tân Hoàng Minh được nhà sáng lập Đỗ Anh Dũng kiên định theo đuổi.
Thành phố cần trạm sạc, trạm đổi pin

Thành phố cần trạm sạc, trạm đổi pin

Trạm sạc xe điện không chỉ là vài trụ điện đặt trong bãi xe hay cây xăng. Đó là dấu hiệu của một cuộc tái cấu trúc hạ tầng năng lượng đô thị, nơi điện lực, viễn thông, chung cư, bãi đỗ, nền tảng số và thói quen di chuyển của người dân cùng bước vào một cuộc chơi mới, cuộc chơi âm thầm, thiết thực nhưng đầy sức chuyển hóa.
Đẩy nhanh chính sách thu hút Tổng công trình sư, chuyên gia khoa học, công nghệ

Đẩy nhanh chính sách thu hút Tổng công trình sư, chuyên gia khoa học, công nghệ

Bộ Nội vụ yêu cầu các bộ, ngành, địa phương khẩn trương triển khai thực chất chính sách tuyển chọn, thu hút Tổng công trình sư, Kiến trúc sư trưởng và chuyên gia khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số, sau khi đánh giá việc thực hiện chưa đáp ứng yêu cầu đề ra.
Hoàn thiện mắt xích còn thiếu trong hệ sinh thái bán dẫn Việt Nam

Hoàn thiện mắt xích còn thiếu trong hệ sinh thái bán dẫn Việt Nam

Ngày 26/6 tại Hà Nội, Bộ Khoa học và Công nghệ chính thức ra mắt Trung tâm quốc gia hỗ trợ sản xuất thử chip bán dẫn (VNMPW/CC) - trung tâm cấp quốc gia đầu tiên của Việt Nam hỗ trợ sản xuất thử chip bán dẫn.
Thị trường chứng khoán ngày 26/6: VIC và VHM “cứu” VN Index, nhưng dòng tiền vẫn “thờ ơ”

Thị trường chứng khoán ngày 26/6: VIC và VHM “cứu” VN Index, nhưng dòng tiền vẫn “thờ ơ”

VN Index xanh điểm trong phiên cuối tuần, song mức tăng gần 9 điểm chủ yếu đến từ lực kéo của VIC và VHM. Thị trường phân hóa mạnh với gần 200 mã giảm trên HoSE, trong khi thanh khoản thấp tiếp tục phản ánh tâm lý dè dặt của nhà đầu tư.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc