acecook

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

mca
Tin bài khác
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank tung chương trình tiết kiệm dự thưởng

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank tung chương trình tiết kiệm dự thưởng

Tuần qua, 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, chiến lược nhân sự như: VPBank triển khai chương trình hỗ trợ hộ kinh doanh; VietinBank nâng ưu đãi lớn cho khách hàng; Agribank tung chương trình tiết kiệm dự thưởng với giải đặc biệt 1 tỷ đồng...
Tuần phim Ba Lan 2025 tại Việt Nam: 7 tác phẩm châu Âu đặc sắc ra mắt khán giả miễn phí

Tuần phim Ba Lan 2025 tại Việt Nam: 7 tác phẩm châu Âu đặc sắc ra mắt khán giả miễn phí

Từ những góc nhìn đời thường đến chuyện đời nghệ sĩ hay khúc quanh định mệnh của mỗi số phận, bảy bộ phim Ba Lan được tuyển chọn cho tuần phim năm nay hứa hẹn mang đến cho khán giả Việt Nam những trải nghiệm điện ảnh giàu cảm xúc.
Nexcom công bố kết quả xác thực bộ chuyển mạch TSN cho tự động hóa công nghiệp

Nexcom công bố kết quả xác thực bộ chuyển mạch TSN cho tự động hóa công nghiệp

Hãng Nexcom (Đài Loan - Trung Quốc) vừa công bố kết quả thử nghiệm xác thực đối với bộ chuyển mạch mạng thời gian thực ISA 142 (Time-Sensitive Networking - TSN), cho thấy thiết bị đạt độ chính xác ở mức nano giây, phục vụ cho các ứng dụng biên trong công nghiệp.
Khoa học mở đường cho phát triển bền vững trong kỷ nguyên khí hậu cực đoan

Khoa học mở đường cho phát triển bền vững trong kỷ nguyên khí hậu cực đoan

Chiều 4/12, chuỗi tọa đàm “Khoa học vì Cuộc sống” 2025 khép lại với chủ đề “Khoa học và Đổi mới sáng tạo vì Tương lai bền vững”. Trong bối cảnh khoa học - công nghệ liên tục mở ra những hướng đi mới, từ vật liệu xanh, năng lượng sạch đến kinh tế tuần hoàn và phục hồi hệ sinh thái, buổi tọa đàm là diễn đàn để các nhà khoa học và chuyên gia hàng đầu chia sẻ tri thức, công nghệ và tầm nhìn nhằm kiến tạo một tương lai xanh cho các thế hệ sau.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/12/2025: Tuổi Dần phải cẩn thận, tuổi Thân công việc dễ thở

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/12/2025: Tuổi Dần phải cẩn thận, tuổi Thân công việc dễ thở

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 6/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 5/12: Khối ngoại đảo chiều bán ròng mạnh, VN-Index tăng nhẹ

Thị trường chứng khoán ngày 5/12: Khối ngoại đảo chiều bán ròng mạnh, VN-Index tăng nhẹ

Khối ngoại bất ngờ đảo chiều bán ròng gần 700 tỷ đồng trong phiên 5/12, chấm dứt chuỗi ba phiên mua ròng trước đó. Dù chịu áp lực xả mạnh từ nhóm nhà đầu tư nước ngoài và sắc đỏ bao phủ phần lớn bảng điện tử, VN-Index vẫn giữ được đà tăng nhẹ, đóng cửa trên mốc 1.741 điểm nhờ lực đỡ từ một số cổ phiếu vốn hóa lớn
Kỹ sư trẻ miền Nam chinh phục bài toán Pick & Place độ chính xác cao cho bài toán thực tế của doanh nghiệp

Kỹ sư trẻ miền Nam chinh phục bài toán Pick & Place độ chính xác cao cho bài toán thực tế của doanh nghiệp

Ngày 4/12, cuộc thi Thiết kế Máy tự động hóa 2026 chính thức khởi động với sự tham gia của 266 thí sinh từ 54 đội chơi của 8 trường đại học lớn đào tạo kỹ thuật trong khu vực thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai và Cần Thơ. Cuộc thi mở ra cơ hội tiếp cận bài toán công nghiệp thực tế và nhiều cơ hội đào tạo quý giá cho sinh viên.
Máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời

Máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời

XSun thiết kế và sản xuất một loại máy bay không người lái (drone) vừa tự chủ về năng lượng, vừa có khả năng tự ra quyết định cho các sứ mệnh hoàn toàn tự động. Để hiện thực hóa chiếc SolarXOne, công ty khởi nghiệp này cần những bộ phận lắp ráp đáng tin cậy và hiệu suất cao. Đó chính là lý do họ tìm đến maxon để phát triển hệ thống đẩy.
Cách sử dụng công tắc an toàn để nhận diện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu

Cách sử dụng công tắc an toàn để nhận diện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu

Các công tắc được đánh giá an toàn cần thiết trong các ứng dụng công nghiệp để đảm bảo rằng máy móc và hệ thống có thể được chuyển sang trạng thái an toàn một cách đáng tin cậy và dự đoán được, thường trong trường hợp có lỗi vận hành hoặc yêu cầu chức năng an toàn.
Ứng dụng khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số lĩnh vực di sản văn hóa

Ứng dụng khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số lĩnh vực di sản văn hóa

Chính phủ ban hành Nghị định số 308/2025/NĐ-CP quy định chi tiết một số điều và biện pháp tổ chức, hướng dẫn thi hành Luật Di sản văn hóa; trong đó quy định rõ về chuyển đổi số trong lĩnh vực di sản văn hóa.
song-gia-tri