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
[E-Magazine] Singapore – công nghệ là một phần máu thịt của cuộc sống

[E-Magazine] Singapore – công nghệ là một phần máu thịt của cuộc sống

Một phát minh có thể sáng lên trong phòng thí nghiệm rồi tắt ở hành lang ngân sách, thủ tục mua sắm hoặc ngoài cánh cửa thị trường. Singapore thu hẹp khoảng tối ấy bằng chuỗi chính sách liền mạch gồm định hướng quốc gia, đầu tư dài hạn, hạ tầng dùng chung, thử nghiệm có kiểm soát, Nhà nước sử dụng trước, doanh nghiệp nhân rộng và niềm tin xã hội được kiến tạo ngay từ đầu.
Nhận định phiên giao dịch ngày 17/8: Tránh mua đuổi trong các nhịp hồi

Nhận định phiên giao dịch ngày 17/8: Tránh mua đuổi trong các nhịp hồi

Sau hai phiên bán tháo liên tiếp, VN-Index đã mất hơn 64 điểm và lùi về 1.729 điểm. Trong bối cảnh áp lực bán vẫn chiếm ưu thế, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư ngắn hạn duy trì tỷ trọng ở mức trung bình, tránh mua đuổi trong các nhịp hồi
GS.TS. Chu Phạm Ngọc Sơn: Một đời đưa tri thức khoa học vào thực tiễn

GS.TS. Chu Phạm Ngọc Sơn: Một đời đưa tri thức khoa học vào thực tiễn

Cuốn sách “Giáo sư - Tiến sĩ Chu Phạm Ngọc Sơn, Nhà Giáo thanh cao, Nhà Khoa học tài năng, một nhân cách lớn” vừa được ra mắt tại TP. Hồ Chí Minh nhân kỷ niệm 90 năm ngày sinh của cố GS.TS Chu Phạm Ngọc Sơn. Ấn phẩm là sự tri ân đối với một nhà khoa học tiêu biểu – người đã dành trọn cuộc đời gắn tri thức khoa học với thực tiễn sản xuất, giáo dục và sự phát triển của đất nước.
Chuẩn hóa trạm sạc xe điện: Giải bài toán an toàn và đo lường

Chuẩn hóa trạm sạc xe điện: Giải bài toán an toàn và đo lường

Thị trường phương tiện năng lượng mới tại Việt Nam đang bước vào giai đoạn bùng nổ, kéo theo sự mở rộng thần tốc của hạ tầng cung cấp năng lượng với khoảng 150.000 cổng sạc công suất lên đến 360 kW.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/8/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Sửu cần thận trọng trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/8/2026: Tuổi Ngọ vận trình khởi sắc, tuổi Sửu cần thận trọng trong 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 17/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Ông Nguyễn Văn Khoa tái đắc cử Chủ tịch VINASA

Ông Nguyễn Văn Khoa tái đắc cử Chủ tịch VINASA

Đại hội Đại biểu toàn quốc Hiệp hội Phần mềm và Dịch vụ Công nghệ thông tin Việt Nam (VINASA) lần thứ VI, nhiệm kỳ 2026 - 2031 đã bầu 77 thành viên Ban chấp hành. Ông Nguyễn Văn Khoa, Tổng Giám đốc Công ty Cổ phần FPT, tiếp tục được tín nhiệm giữ chức Chủ tịch VINASA.
Điểm chuẩn ngành Tự động hóa vụt cao, trang bị gì cho người học từ bậc phổ thông đến đại học?

Điểm chuẩn ngành Tự động hóa vụt cao, trang bị gì cho người học từ bậc phổ thông đến đại học?

Sự phát triển của robot, trí tuệ nhân tạo, nhà máy thông minh và sản xuất tự động đang mở rộng dư địa việc làm cho nhân lực ngành Tự động hóa. Vậy cần trang bị gì cho người học từ bậc phổ thông đến đại học để thực sự có nguồn nhân lực đáp ứng được nhu cầu của xã hội?
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank dành 70.000 tỷ đồng tín dụng ưu đãi cho doanh nghiệp

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank dành 70.000 tỷ đồng tín dụng ưu đãi cho doanh nghiệp

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: MSB ưu đãi lãi suất từ 8,5%/năm; HDBank chuẩn bị quay số 16 sổ tiết kiệm; Agribank dành 70.000 tỷ đồng tín dụng ưu đãi cho doanh nghiệp...
HI-TECH VIETNAM 2026: Hội tụ công nghệ mới, mở rộng cơ hội kết nối doanh nghiệp

HI-TECH VIETNAM 2026: Hội tụ công nghệ mới, mở rộng cơ hội kết nối doanh nghiệp

Từ công nghiệp bán dẫn, trí tuệ nhân tạo đến UAV, robot và sản xuất thông minh, nhiều lĩnh vực công nghệ đang định hình nền kinh tế số sẽ được giới thiệu tại HI-TECH VIETNAM 2026. Sự kiện diễn ra từ ngày 9 đến 11/9 tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC), Đông Anh, Hà Nội.
Làm mát bằng chất lỏng trở thành hạ tầng chiến lược cho nhà máy AI

Làm mát bằng chất lỏng trở thành hạ tầng chiến lược cho nhà máy AI

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra một cuộc chuyển đổi sâu rộng trong sản xuất công nghiệp, từ chế tạo chất bán dẫn, trung tâm dữ liệu đến các nhà máy sản xuất thông minh.