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

ar
Tin bài khác
Scribbles’ Tour 2026: Dấu ấn mới trên hành trình hơn 10 năm thiện nguyện

Scribbles’ Tour 2026: Dấu ấn mới trên hành trình hơn 10 năm thiện nguyện

Được khởi xướng bởi một nhóm học sinh Trường THPT Chuyên Hà Nội - Amsterdam vào năm 2015 và tiếp tục bởi các bạn học sinh THPT trên địa bàn thành phố Hà Nội, Scribbles sau hơn 10 năm hoạt động đã ghi dấu với nhiều chương trình ý nghĩa dành cho trẻ em. Trong lần trở lại với Scribbles’ Tour 2026: Ngược Dòng Viễn Khơi và Charity Day, dự án tiếp tục khẳng định sứ mệnh đồng hành cùng sự phát triển của trẻ em, đặc biệt là các em có hoàn cảnh khó khăn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/4/2026: Tuổi Dậu may mắn, tuổi Dần nhiều rắc rối

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/4/2026: Tuổi Dậu may mắn, tuổi Dần nhiều rắc rối

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 5/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Kỳ họp thứ nhất Quốc hội khóa XVI sẽ kiện toàn bộ máy lãnh đạo Nhà nước

Kỳ họp thứ nhất Quốc hội khóa XVI sẽ kiện toàn bộ máy lãnh đạo Nhà nước

Quốc hội dự kiến bầu, phê chuẩn 39 chức danh lãnh đạo cấp cao tại kỳ họp thứ nhất, qua đó kiện toàn bộ máy Nhà nước, bảo đảm đồng bộ các thiết chế cho nhiệm kỳ mới.
Pin lượng tử đầu tiên trên thế giới: Bước đột phá đưa công nghệ “sạc tức thời” tiến gần hiện thực

Pin lượng tử đầu tiên trên thế giới: Bước đột phá đưa công nghệ “sạc tức thời” tiến gần hiện thực

Các nhà khoa học Australia lần đầu chế tạo thành công nguyên mẫu pin lượng tử có thể sạc, lưu trữ và xả điện hoàn chỉnh - một cột mốc quan trọng đưa khái niệm từng chỉ tồn tại trong lý thuyết tiến gần hơn tới ứng dụng thực tế, với tiềm năng sạc siêu nhanh và truyền năng lượng không dây.
AT EXPO 2026 gắn với các mục tiêu của Dự án phát triển hệ sinh thái doanh nghiệp tự động hóa

AT EXPO 2026 gắn với các mục tiêu của Dự án phát triển hệ sinh thái doanh nghiệp tự động hóa

Triển lãm AT EXPO 2026 tiếp tục được tổ chức với mục tiêu quảng bá khoa học công nghệ, đặc biệt thúc đẩy ứng dụng tự động hóa trong các lĩnh vực sản xuất, đồng thời tạo không gian kết nối, hợp tác giữa cộng đồng doanh nghiệp trong bối cảnh chuyển đổi số đang diễn ra mạnh mẽ.
Tái hiện tinh thần "Nói và Làm": Dấu ấn từ loạt bài viết của Tổng Bí thư Nguyễn Văn Linh

Tái hiện tinh thần "Nói và Làm": Dấu ấn từ loạt bài viết của Tổng Bí thư Nguyễn Văn Linh

Trong bối cảnh cả nước đang khẩn trương đưa Nghị quyết Đại hội XIV của Đảng vào cuộc sống, cuốn sách Dấu ấn “Những việc cần làm ngay” do Nhà Xuất bản Chính trị quốc gia Sự thật ấn hành không chỉ tái hiện một giai đoạn bản lề của công cuộc đổi mới, mà còn khơi dậy mạnh mẽ tinh thần hành động, trách nhiệm và dám nói thẳng, nói thật trong thời kỳ phát triển mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/4/2026: Tuổi Thân tình cảm may mắn, tuổi Thìn cẩn thận buôn bán

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/4/2026: Tuổi Thân tình cảm may mắn, tuổi Thìn cẩn thận buôn bán

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 4/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 3/4: VN-Index giảm gần 11 điểm, áp lực bán gia tăng

Thị trường chứng khoán ngày 3/4: VN-Index giảm gần 11 điểm, áp lực bán gia tăng

Kết thúc phiên giao dịch ngày 3/4, VN-Index giảm 10,78 điểm (-0,64%) xuống 1.684 điểm, đánh dấu một phiên điều chỉnh rõ nét dù mức giảm điểm không quá lớn. Thanh khoản trên sàn HOSE vẫn duy trì ở mức tương đối cao, với giá trị giao dịch gần 21.000 tỷ đồng.
Bài toán tự động hoá, vận hành và chiến lược đầu tư trong kỷ nguyên sản xuất mới

Bài toán tự động hoá, vận hành và chiến lược đầu tư trong kỷ nguyên sản xuất mới

Thảo luận chuyên sâu tại Tek Series - Tập 2 do MTA Vietnam tổ chức đã diễn ra sáng ngày 03/04/2026 tại TP. Hồ Chí Minh. Điểm đặc biệt của sự kiện là lần đầu tiên các thảo luận chuyên sâu về sản xuất công nghiệp được tổ chức trực tiếp ngay bên trong nhà máy sản xuất - Maruei Vietnam Precision, với sự tham gia của hơn 180 đại diện doanh nghiệp, chuyên gia và lãnh đạo nhà máy.
GS.VS. Châu Văn Minh được trao tặng Huân chương Độc lập hạng Ba

GS.VS. Châu Văn Minh được trao tặng Huân chương Độc lập hạng Ba

Tại Lễ trao tặng các danh hiệu cao quý của Đảng và Nhà nước chiều 3/4, GS.VS. Châu Văn Minh đã được trao Huân chương Độc lập hạng Ba, ghi nhận những đóng góp đặc biệt xuất sắc cho sự nghiệp khoa học và phát triển đất nước.
song-gia-tri