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
Liên hiệp hội Việt Nam phát huy vai trò đội ngũ trí thức, đóng góp ý kiến Dự thảo Văn kiện Đại hội XIV của Đảng

Liên hiệp hội Việt Nam phát huy vai trò đội ngũ trí thức, đóng góp ý kiến Dự thảo Văn kiện Đại hội XIV của Đảng

Hội thảo “Góp ý Dự thảo các Văn kiện trình Đại hội XIV của Đảng” do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam tổ chức sáng 7/11 tại Hà Nội là dịp để đội ngũ trí thức, nhà khoa học trong cả nước phát huy trí tuệ, đóng góp ý kiến tâm huyết nhằm hoàn thiện các văn kiện định hướng chiến lược cho giai đoạn phát triển mới của đất nước.
Robot hình người đầu tiên rước đuốc ở Trung Quốc

Robot hình người đầu tiên rước đuốc ở Trung Quốc

Trong một sự giao thoa ấn tượng giữa thể thao và công nghệ, một robot hình người tên "Kuavo" do Leju Robot phát triển đã có màn ra mắt lịch sử với tư cách là người rước đuốc đặc biệt trong lễ rước đuốc cho Đại hội Thể thao Quốc gia lần thứ 15 của Trung Quốc vào Chủ nhật, tượng trưng cho một bước nhảy vọt quan trọng của ngành công nghiệp trí tuệ nhân tạo (embodied intelligence) của nước này.
Đâu là cơ hội để doanh nghiệp khoa học công nghệ có thể bứt phá?

Đâu là cơ hội để doanh nghiệp khoa học công nghệ có thể bứt phá?

Ngay sau khi Luật KH&CN năm 2013 được ban hành, nhiều nghị định và thông tư hướng dẫn đã ra đời như Nghị định 95/2014/NĐ-CP, Nghị định 13/2019/NĐ-CP. Tuy nhiên, qua các giai đoạn tổng kết, kết quả vẫn chưa đạt con số như kỳ vọng.
Viettel kích hoạt mạng lưới ứng phó cấp cao nhất, bảo đảm thông tin thông suốt trước bão số 13

Viettel kích hoạt mạng lưới ứng phó cấp cao nhất, bảo đảm thông tin thông suốt trước bão số 13

Không chỉ là nhà mạng, Viettel một lần nữa thể hiện vai trò “xương sống” của hạ tầng thông tin quốc gia khi chủ động kích hoạt toàn bộ hệ thống ứng phó cấp cao nhất, trực chiến 24/24 để bảo đảm thông tin liên lạc thông suốt trước bão số 13 (Kalmaegi).
Triển lãm Thiên văn học Amstro’s Gallery 2025: Hành trình "Aphelion" chạm tới giới hạn tri thức

Triển lãm Thiên văn học Amstro’s Gallery 2025: Hành trình "Aphelion" chạm tới giới hạn tri thức

Lấy cảm hứng từ “Aphelion” - điểm xa nhất trong quỹ đạo của các hành tinh quanh Mặt Trời, Amstro’s Gallery 2025 mở ra cơ hội để giới trẻ khám phá chiều sâu của Thiên văn học qua hơn 50 hoạt động trải nghiệm STEM hấp dẫn.
Nhận định phiên giao dịch ngày 7/11: Chỉ nắm giữ “có chọn lọc” những cổ phiếu có tiềm năng

Nhận định phiên giao dịch ngày 7/11: Chỉ nắm giữ “có chọn lọc” những cổ phiếu có tiềm năng

Phiên giao dịch ngày 6/11 giảm mạnh khi VN-Index mất 14,31 điểm xuống 1.640,58 điểm, thanh khoản suy yếu và áp lực bán lan rộng. Trong phiên ngày 7/11, chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư chỉ nên nắm giữ có chọn lọc các cổ phiếu tiềm năng, tránh mua đuổi trong nhịp hồi kỹ thuật.
“Bàn tay AI” - Bước tiến mới trong thiết kế robot

“Bàn tay AI” - Bước tiến mới trong thiết kế robot

Mimic startup robot có trụ sở tại Zurich (Thụy Sĩ) vừa huy động thành công 16 triệu USD để phát triển bàn tay robot có khả năng bắt chước con người, một công nghệ kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI) và cơ học chính xác, hứa hẹn thay đổi cách máy móc xử lý các nhiệm vụ tinh vi trong sản xuất công nghiệp.
Hợp tác KHCN và giáo dục - trụ cột trong quan hệ toàn diện Việt Nam - EU

Hợp tác KHCN và giáo dục - trụ cột trong quan hệ toàn diện Việt Nam - EU

Hợp tác trong khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số đang trở thành trụ cột quan trọng trong quan hệ toàn diện Việt Nam - EU, là nền tảng để Việt Nam tiến gần hơn tới mục tiêu trở thành “quốc gia liên kết chính thức” trong Chương trình Horizon Europe. Nhấn mạnh điều này tại Hội nghị về Chương trình Erasmus+ và Horizon Europe 2025 diễn ra ngày 3/11 tại Hà Nội, Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Bùi Thế Duy khẳng định đây là hướng đi chiến lược giúp Việt Nam mở rộng cầu nối tri thức, phát triển năng lực công nghệ và hướng tới một tương lai số sáng tạo, bền vững, bao trùm.
EuroCham họp báo giới thiệu Diễn đàn và Triển lãm Kinh tế Xanh 2025

EuroCham họp báo giới thiệu Diễn đàn và Triển lãm Kinh tế Xanh 2025

Ngày 6/11/2025, tại Hà Nội, Hiệp hội Doanh nghiệp châu Âu tại Việt Nam (EuroCham) tổ chức họp báo công bố Diễn đàn và Triển lãm Kinh tế Xanh (Green Economy Forum & Exhibition - GEF 2025), với chủ đề “Tiên phong đổi mới, kiến tạo tương lai”.
Hà Nội lan tỏa tinh hoa di sản qua Festival Thăng Long 2025

Hà Nội lan tỏa tinh hoa di sản qua Festival Thăng Long 2025

Tháng 11 này, Hà Nội khoác lên mình “chiếc áo lễ hội” rực rỡ khi Festival Thăng Long - Hà Nội 2025 chính thức mở màn. Từ Hoàng thành Thăng Long đến Văn Miếu - Quốc Tử Giám, những giá trị di sản ngàn năm sẽ được đánh thức, hòa nhịp cùng âm thanh, ánh sáng và sức sáng tạo của thời đại.
song-gia-tri