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
Nhận định phiên giao dịch ngày 11/8: Có thể quay lại vị thế mua trong các phiên tới

Nhận định phiên giao dịch ngày 11/8: Có thể quay lại vị thế mua trong các phiên tới

VN-Index ghi nhận phiên tăng điểm thứ hai liên tiếp, với diễn biến tích cực hơn cả về thanh khoản, độ rộng thị trường và mức độ lan tỏa của dòng tiền. Xu hướng hồi phục được kỳ vọng tiếp tục trong những phiên tới, mở ra cơ hội để nhà đầu tư quay lại vị thế mua sau giai đoạn thận trọng.
Điểm chuẩn cao nhất của Đại học Công nghiệp Hà Nội thuộc về ngành Công nghệ Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Điểm chuẩn cao nhất của Đại học Công nghiệp Hà Nội thuộc về ngành Công nghệ Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Mức điểm xét tuyển đại học năm nay của Đại học Công nghiệp Hà Nội cho thấy tăng ở hầu hết các ngành kỹ thuật công nghệ.
“Quay về đi” giữa mùa Vu Lan: Duyên 8 kể câu chuyện về mẹ bằng âm nhạc, ký ức và những lá thư

“Quay về đi” giữa mùa Vu Lan: Duyên 8 kể câu chuyện về mẹ bằng âm nhạc, ký ức và những lá thư

Tối 9/8, tại không gian Hồ Văn (Văn Miếu - Quốc Tử Giám, Hà Nội), Duyên 8 trở lại với chủ đề “Quay về đi - Gặp lại Thanh xuân của mẹ”, mang đến một đêm nghệ thuật giàu cảm xúc trong khuôn khổ chương trình văn hóa cộng đồng Đạo hiếu - Đạo học.
Thị trường chứng khoán ngày 10/8: Sắc xanh lan rộng toàn thị trường, VN Index tăng gần 9 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 10/8: Sắc xanh lan rộng toàn thị trường, VN Index tăng gần 9 điểm

Chịu sức ép đáng kể ở đầu phiên, VN Index đã nhanh chóng rút chân và giữ vững đà tăng điểm để đưa mốc 1.800 điểm trở lại tầm ngắm. Tuy nhiên, thanh khoản chưa bùng nổ đang đặt ra câu hỏi về sức mạnh của nhịp tăng tiếp theo.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/8/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Tý nên thận trọng trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/8/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Tý nên 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 11/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Điểm chuẩn 2026: Ngành Tự động hóa bứt tốc tại các trường Top đầu

Điểm chuẩn 2026: Ngành Tự động hóa bứt tốc tại các trường Top đầu

Mùa tuyển sinh đại học năm 2026 tiếp tục ghi nhận sức hút mạnh của ngành Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa khi điểm chuẩn tại nhiều trường đại học kỹ thuật hàng đầu duy trì ở mức cao, thậm chí tăng so với năm trước.
Điểm chuẩn trường Đại học Ngoại thương 2026: Ngành nào dẫn đầu

Điểm chuẩn trường Đại học Ngoại thương 2026: Ngành nào dẫn đầu

Sau khi hoàn tất công tác xét tuyển, Trường Đại học Ngoại thương đã công bố điểm chuẩn năm 2026. Điểm chuẩn của trường vẫn duy trì ở mức cao.
[E-Magazine] Xe điện hai bánh - cuộc đua thiết lập hạ tầng di chuyển mới

[E-Magazine] Xe điện hai bánh - cuộc đua thiết lập hạ tầng di chuyển mới

Có những chuyển động ban đầu xuất hiện rất nhẹ, như tiếng bánh xe lăn qua một con ngõ buổi sớm. Rồi đến một ngày, người ta chợt nhận ra đó không còn là chuyện của vài chiếc xe học sinh trước cổng trường, mà là dấu hiệu của một cuộc dịch chuyển sâu hơn - Đô thị đang thử cách thở khác, doanh nghiệp đang thử cách cạnh tranh khác, còn người tiêu dùng cân nhắc lại chiếc xe quen thuộc.
Tăng cường năng lực thực thi bản quyền trên môi trường số

Tăng cường năng lực thực thi bản quyền trên môi trường số

Việt Nam luôn xác định bản quyền là một trong những trụ cột quan trọng của nền kinh tế sáng tạo. Trong thời gian qua, Việt Nam đã không ngừng hoàn thiện hệ thống pháp luật về quyền tác giả, quyền liên quan; tăng cường năng lực thực thi bản quyền trên môi trường số, đồng thời đẩy mạnh hợp tác quốc tế nhằm đáp ứng yêu cầu của quá trình hội nhập và sự phát triển nhanh chóng của công nghệ.
Lần đầu tiên trường Đại học Công nghệ Thông tin có ngành lấy điểm chuẩn 30/30

Lần đầu tiên trường Đại học Công nghệ Thông tin có ngành lấy điểm chuẩn 30/30

Chiều 9/8, trường Đại học Công nghệ Thông tin (UIT), Đại học Quốc gia TP HCM, công bố điểm chuẩn năm 2026.
song-gia-tri