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
Nhận định phiên giao dịch ngày 27/11: Có thể giải ngân từng phần tại các nhịp điều chỉnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 27/11: Có thể giải ngân từng phần tại các nhịp điều chỉnh

Thị trường chứng khoán vừa ghi nhận phiên hồi phục mạnh với sắc xanh lan tỏa và dòng tiền quay trở lại tích cực, song các chuyên gia cho rằng VN-Index nhiều khả năng tiếp tục rung lắc quanh vùng kháng cự gần. Trong bối cảnh đó, nhà đầu tư được khuyến nghị có thể giải ngân từng phần khi thị trường xuất hiện các nhịp điều chỉnh, ưu tiên những cổ phiếu có nền tảng tốt và hưởng lợi từ chính sách vĩ mô.
Nvidia ra mắt nền tảng "Vật lý AI": Tăng tốc độ thiết kế xe hơi và máy bay lên 500 lần

Nvidia ra mắt nền tảng "Vật lý AI": Tăng tốc độ thiết kế xe hơi và máy bay lên 500 lần

Nvidia vừa công bố một bước nhảy vọt trong công nghệ mô phỏng, cho phép các kỹ sư hàng không và ô tô hoàn thành những tác vụ phức tạp với tốc độ nhanh gấp 500 lần. Công nghệ này hứa hẹn sẽ thay đổi hoàn toàn cách chúng ta thiết kế mọi thứ, từ tàu vũ trụ đến những chiếc xe hơi thế hệ mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/11/2025: Tuổi Thân kiếm được một khoản tiền, tuổi Tý dễ vướng phải tranh cãi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/11/2025: Tuổi Thân kiếm được một khoản tiền, tuổi Tý dễ vướng phải tranh cãi

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 27/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 26/11: VN Index dễ dàng vượt cản MA50 với lực kéo lan tỏa trên diện rộng

Thị trường chứng khoán ngày 26/11: VN Index dễ dàng vượt cản MA50 với lực kéo lan tỏa trên diện rộng

Lực cầu cuối phiên đã kéo VN Index tăng 20 điểm và vượt kháng cự MA50 sau hai lần thất bại. Với việc dòng tiền hoạt động tích cực và khối ngoại mua ròng trở lại, thị trường cho thấy tín hiệu phục hồi rõ rệt hơn.
Siemens Caring Hands quyên góp 30.000 EUR hỗ trợ khắc phục hậu quả lũ lụt và sạt lở đất tại Việt Nam

Siemens Caring Hands quyên góp 30.000 EUR hỗ trợ khắc phục hậu quả lũ lụt và sạt lở đất tại Việt Nam

Tổ chức từ thiện Siemens Caring Hands đã trao tặng 30.000 EUR cho Hội Chữ thập đỏ Việt Nam nhằm hỗ trợ công tác cứu trợ khẩn cấp sau đợt lũ lụt và sạt lở đất nghiêm trọng xảy ra tại nhiều khu vực trên cả nước.
Các Giám đốc an ninh thông tin dự đoán gì về năm 2026?

Các Giám đốc an ninh thông tin dự đoán gì về năm 2026?

Trong nỗ lực phát triển nền tảng CISO Collective, Fortinet đã hoàn thành Bản dự báo CISO thường niên đầu tiên, bắt đầu từ năm 2026, trong đó Fortinet đã đưa ra dự đoán các CISO sẽ phải giải quyết trong năm 2026 và những năm tiếp theo.
Triển lãm về Điều khiển, Tự động hóa và Thiết bị Công nghiệp Việt Nam sẽ diễn ra từ ngày 27 - 29 tháng 11 tại SECC, TP. Hồ Chí Minh

Triển lãm về Điều khiển, Tự động hóa và Thiết bị Công nghiệp Việt Nam sẽ diễn ra từ ngày 27 - 29 tháng 11 tại SECC, TP. Hồ Chí Minh

Từ ngày 27 - 29/11/2025 tại SECC, TP. Hồ Chí Minh sẽ diễn ra Triển lãm về Điều khiển, Tự động hóa và Thiết bị Công nghiệp Việt Nam (VECA 2025). Triển lãm do Hội Tự động hóa TP. Hồ Chí Minh (HAuA); Trung tâm Hỗ trợ và Phát triển Doanh nghiệp Tp. HCM (CSED); Công ty CP Hội chợ Triển lãm và Quảng cáo Việt Nam (VIETFAIR) và các đối tác Quốc tế Boyue Expo, Bexco, Eepcindia phối hợp tổ chức.
Nhận định phiên giao dịch ngày 26/11: Chọn lọc cổ phiếu hình thành nền giá vững chắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 26/11: Chọn lọc cổ phiếu hình thành nền giá vững chắc

Thị trường chứng khoán đang bước vào giai đoạn vận động thận trọng, khi VN-Index kiểm định vùng hỗ trợ 1.640–1.670 điểm và dòng tiền có xu hướng phân hóa mạnh. Trong bối cảnh nhiều nhóm ngành tiếp tục điều chỉnh, giới phân tích khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên chọn lọc những cổ phiếu đang hình thành nền giá vững chắc, hạn chế mua đuổi để giảm rủi ro trong ngắn hạn.
Fujifilm ra mắt GFX100RF Fragment Edition: Phiên bản giới hạn hợp tác cùng Hiroshi Fujiwara

Fujifilm ra mắt GFX100RF Fragment Edition: Phiên bản giới hạn hợp tác cùng Hiroshi Fujiwara

Một trong những chiếc máy ảnh "độc" nhất năm 2025 vừa lộ diện: Fujifilm kết hợp Fragment Design tạo nên GFX100RF Fragment Edition với lớp vỏ đen gương tinh xảo và màu phim tùy chỉnh dành riêng cho phiên bản này.
Mở rộng hợp tác Việt Nam - WIPO trong giáo dục và đào tạo sở hữu trí tuệ

Mở rộng hợp tác Việt Nam - WIPO trong giáo dục và đào tạo sở hữu trí tuệ

Từ ngày 24-28/11/2025, tại Hà Nội, Cục Sở hữu trí tuệ (SHTT) thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN) phối hợp với Học viện Tổ chức SHTT thế giới (WIPO Academy), Cơ quan Sáng chế Nhật Bản và Chương trình Sứ mệnh Đổi mới sáng tạo Atal (Atal Innovation Mission - AIM) của Ấn Độ tổ chức chuỗi sự kiện nhằm thúc đẩy giáo dục sở hữu trí tuệ và đổi mới sáng tạo (ĐMST) cho thế hệ trẻ tại Việt Nam và khu vực ASEAN.
song-gia-tri