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
LƯỢM ĐÂY II 2026: ROSIQUE - Hoạt động "xanh" thiết thực và ý nghĩa của giới trẻ

LƯỢM ĐÂY II 2026: ROSIQUE - Hoạt động "xanh" thiết thực và ý nghĩa của giới trẻ

Nhằm lan tỏa lối sống xanh và nâng cao ý thức trách nhiệm đối với thiên nhiên trong cộng đồng, trong 2 ngày 10/10 và 11/10 vừa qua, nhóm học sinh THPT tại Hà Nội thuộc dự án Striped Project đã tổ chức thành công sự kiện thu gom đồ bỏ đi LƯỢM ĐÂY II 2026: ROSIQUE.
Thị trường chứng khoán ngày 15/10: VN Index thủng mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm cơ hội ở nhóm chứng khoán

Thị trường chứng khoán ngày 15/10: VN Index thủng mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm cơ hội ở nhóm chứng khoán

VN Index tiếp tục chuỗi giảm điểm và đóng cửa tại 1.698,35 điểm sau khi nỗ lực hồi phục bất thành. Trong khi nhóm chứng khoán, xây dựng và một số cổ phiếu ngân hàng khởi sắc, áp lực từ dầu khí và hoạt động bán ròng của khối ngoại tiếp tục gây sức ép lên chỉ số.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/10/2026: Tuổi Thân đón vận may tài lộc, tuổi Tý cần chủ động trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/10/2026: Tuổi Thân đón vận may tài lộc, tuổi Tý cần chủ động 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 16/10/2026 nhằm dự đoán vận trình công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, giúp bạn có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Schneider Electric mở rộng hệ sinh thái phần mềm công nghiệp và AI

Schneider Electric mở rộng hệ sinh thái phần mềm công nghiệp và AI

Schneider Electric đang tiến hành mua lại PTC, tập đoàn phần mềm công nghiệp của Mỹ, trong thương vụ định giá doanh nghiệp này khoảng 22,6 tỷ USD, tương đương 20,1 tỷ euro. Thương vụ được kỳ vọng tạo ra một hệ sinh thái phần mềm công nghiệp và trí tuệ nhân tạo (AI) quy mô lớn, kết nối xuyên suốt thế giới vật lý và kỹ thuật số, đồng thời mở rộng đáng kể thị trường của Schneider Electric.
Đại học Bách khoa Hà Nội hướng tới vị thế đại học nghiên cứu xuất sắc, phụng sự quốc gia

Đại học Bách khoa Hà Nội hướng tới vị thế đại học nghiên cứu xuất sắc, phụng sự quốc gia

Kỷ niệm 70 năm thành lập, Đại học Bách khoa Hà Nội đứng trước yêu cầu chuyển mạnh từ nền tảng đào tạo kỹ thuật hàng đầu sang đại học nghiên cứu xuất sắc, làm chủ công nghệ và giải quyết những bài toán lớn của quốc gia.
Nhà khoa học nữ Việt Nam ghi dấu ấn tại Giải thưởng Khoa học ASEAN - Hoa Kỳ 2026

Nhà khoa học nữ Việt Nam ghi dấu ấn tại Giải thưởng Khoa học ASEAN - Hoa Kỳ 2026

PGS.TS. Hà Thị Thanh Hương giành Giải Nhất hạng mục giữa sự nghiệp tại Giải thưởng Khoa học ASEAN - Hoa Kỳ dành cho Nữ giới năm 2026, với chủ đề ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) thúc đẩy hệ thống y tế bao trùm và có khả năng chống chịu.
Vietnam Innovation Summit 2026: Đưa công nghệ lõi vào sản xuất thực tế

Vietnam Innovation Summit 2026: Đưa công nghệ lõi vào sản xuất thực tế

Tại Vietnam Innovation Summit 2026, trí tuệ nhân tạo (AI), công nghệ bán dẫn và các giải pháp công nghệ sâu được đề cập trong mối liên hệ với năng lực phát triển công nghiệp. Bên cạnh đầu tư nghiên cứu, việc đưa các công nghệ này vào ứng dụng thực tiễn, tạo ra giá trị và nâng cao hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp cũng là vấn đề được quan tâm.
Sản xuất hiệu quả và tiết kiệm năng lượng ngành bao bì nhờ bobot xếp pallet

Sản xuất hiệu quả và tiết kiệm năng lượng ngành bao bì nhờ bobot xếp pallet

Trong bối cảnh doanh nghiệp sản xuất chịu áp lực về chi phí nhân công, năng suất và yêu cầu phát triển bền vững, công nghệ robot xếp pallet đang mở ra hướng tiếp cận mới: tối ưu chuyển động, tự động hóa các công đoạn lặp lại và kiểm soát mức tiêu thụ năng lượng ngay trong quá trình vận hành.
Honda UC3 lắp ráp trong nước: Nâng cấp sức mạnh 6,24 kW, tối ưu nền tảng pin LFP

Honda UC3 lắp ráp trong nước: Nâng cấp sức mạnh 6,24 kW, tối ưu nền tảng pin LFP

Sau chưa đầy ba tháng phân phối dưới dạng nhập khẩu từ Thái Lan, mẫu xe máy điện cao cấp Honda UC3 đã chính thức được chuyển sang lắp ráp nội địa tại nhà máy Phúc Yên.
Nhận định phiên giao dịch ngày 15/10: Thận trọng, hạn chế bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 15/10: Thận trọng, hạn chế bắt đáy

VN-Index nối dài chuỗi giảm điểm lên sáu phiên liên tiếp, dù đã có thời điểm kiểm định ngưỡng hỗ trợ tâm lý 1.700 điểm và thu hẹp đà giảm vào cuối phiên. Trong bối cảnh thanh khoản chưa cải thiện, lực cầu còn yếu và xu hướng điều chỉnh vẫn chiếm ưu thế, nhà đầu tư được khuyến nghị hạn chế bắt đáy, đồng thời cân nhắc cơ cấu danh mục khi thị trường xuất hiện nhịp hồi kỹ thuật.
master