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
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.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/11/2025: Tuổi Thân tín hiệu tốt, tuổi Dậu nhìn lạc quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 26/11/2025: Tuổi Thân tín hiệu tốt, tuổi Dậu nhìn lạc quan

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 26/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 25/11: Áp lực bán trên diện rộng, VN Index giảm điểm cuối phiên

Thị trường chứng khoán ngày 25/11: Áp lực bán trên diện rộng, VN Index giảm điểm cuối phiên

Thị trường ghi nhận áp lực bán mạnh trong phiên chiều, khiến VN Index giảm hơn 7 điểm và lùi khỏi vùng MA50. Thanh khoản tăng lên gần 27 nghìn tỷ đồng nhưng chủ yếu đến từ lực bán.
Bộ Khoa học và Công nghệ phát động quyên góp ủng hộ đồng bào miền Trung - Tây Nguyên

Bộ Khoa học và Công nghệ phát động quyên góp ủng hộ đồng bào miền Trung - Tây Nguyên

Hướng về miền Trung và Tây Nguyên đang oằn mình trong đợt mưa lũ lịch sử, Bộ Khoa học và Công nghệ sáng 24/11 phát động quyên góp trong toàn ngành, chung tay cùng cả nước hỗ trợ người dân sớm vượt qua khó khăn.
ETEK phát động AMBA 2026 - Cuộc thi thiết kế máy tự động lớn nhất Việt Nam

ETEK phát động AMBA 2026 - Cuộc thi thiết kế máy tự động lớn nhất Việt Nam

Công ty Cổ phần Giải pháp Tự động hóa ETEK vừa chính thức phát động mùa giải thứ hai của Automation Machine Builder Award - AMBA 2026, cuộc thi thiết kế máy tự động lớn nhất dành cho sinh viên kỹ thuật trên toàn quốc.
Nhận định phiên giao dịch ngày 25/11: Nắm giữ các cổ phiếu có vận động hồi phục mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 25/11: Nắm giữ các cổ phiếu có vận động hồi phục mạnh

Phiên giao dịch 25/11 dự báo tiếp tục diễn biến phân hóa, trong đó những cổ phiếu đang có xu hướng hồi phục mạnh và tiềm năng tăng giá sẽ là điểm sáng cho nhà đầu tư. Các chuyên gia khuyến nghị nắm giữ các mã trụ cột và bluechip đang dẫn dắt thị trường để tận dụng cơ hội trong bối cảnh thanh khoản còn hạn chế.
Xsens giới thiệu “Hệ tiền đình” kỹ thuật số cho robot hình người

Xsens giới thiệu “Hệ tiền đình” kỹ thuật số cho robot hình người

Để robot hình người có thể di chuyển tự nhiên như chúng ta, chúng cần một "bản đồ" chuyển động chính xác. Movella vừa chính thức giới thiệu hệ thống Xsens Link thế hệ mới cùng bộ phần mềm chuyên dụng, hứa hẹn biến những cử chỉ tinh tế của con người thành dữ liệu huấn luyện hoàn hảo cho robot.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/11/2025: Tuổi Tuất tác động tiêu cực, tuổi Sửu gặp gỡ quý nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/11/2025: Tuổi Tuất tác động tiêu cực, tuổi Sửu gặp gỡ quý nhân

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 25/11/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 24/11: Thanh khoản suy yếu, thị trường rơi vào trạng thái “kéo trụ giữ nhịp”

Thị trường chứng khoán ngày 24/11: Thanh khoản suy yếu, thị trường rơi vào trạng thái “kéo trụ giữ nhịp”

Thị trường ngày 24/11 tăng điểm nhờ lực kéo mạnh từ nhóm cổ phiếu họ Vin, giúp VN Index chạm đường MA50. Tuy nhiên, thanh khoản thấp cùng áp lực bán ròng từ khối ngoại cho thấy đà tăng chưa thực sự bền vững.
BSR đẩy mạnh sản xuất kinh doanh, tạo nền tảng tăng trưởng bền vững cho năm 2026

BSR đẩy mạnh sản xuất kinh doanh, tạo nền tảng tăng trưởng bền vững cho năm 2026

"Hành động thiết thực nhất để BSR chia sẻ với đồng bào cả nước là tiếp tục đẩy mạnh hoạt động sản xuất kinh doanh, phấn đấu đạt và vượt các chỉ tiêu sản xuất kinh doanh trong năm 2025, qua đó góp phần bù đắp những thiệt hại mà đồng bào và đất nước đang phải đối mặt do mưa lũ gây ra tại các địa phương trong thời gian qua. Chủ động xây dựng các động lực tăng trưởng mới, từng bước hình thành mô hình phát triển bền vững cho năm 2026 và những năm tiếp theo".
song-gia-tri