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

vaa
Tin bài khác
Hạ tầng số quốc gia phát triển, tạo nền tảng vững chắc cho chuyển đổi số

Hạ tầng số quốc gia phát triển, tạo nền tảng vững chắc cho chuyển đổi số

Đến cuối năm 2025, hạ tầng số quốc gia tiếp tục ghi nhận những bước tiến quan trọng, phát triển đồng bộ từ trung tâm dữ liệu, viễn thông, nền tảng tích hợp - chia sẻ dữ liệu đến bảo đảm an toàn thông tin, qua đó tạo nền tảng vững chắc cho chuyển đổi số quốc gia và phát triển kinh tế số.
Phát hiện thêm dấu tích trong không gian Phật giáo Trúc Lâm Yên Tử tại Bắc Ninh

Phát hiện thêm dấu tích trong không gian Phật giáo Trúc Lâm Yên Tử tại Bắc Ninh

Ngày 25/12, tại Bắc Ninh, Sở Văn hóa, Thể thao và Du lịch tỉnh Bắc Ninh phối hợp Viện Khảo cổ học tổ chức hội nghị báo cáo sơ bộ kết quả khai quật khảo cổ mở rộng tại 2 địa điểm: Chùa Hoành Mô (thôn Hoành Sơn, xã Lạng Giang) và chùa Hòn Tháp (thôn Giáp Sơn, xã Cẩm Lý).
Chương trình phát triển vật lý: Tạo nền tảng khoa học cho các công nghệ chiến lược

Chương trình phát triển vật lý: Tạo nền tảng khoa học cho các công nghệ chiến lược

Chương trình phát triển vật lý 2021-2025 đã góp phần củng cố nền tảng khoa học cho các công nghệ mũi nhọn như vật liệu mới, năng lượng cao, công nghệ lượng tử. Thời gian tới, định hướng đầu tư có trọng điểm tiếp tục được đặt ra nhằm nâng cao vị thế vật lý Việt Nam.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/12/2025: Tuổi Tỵ vướng thị phi, tuổi Thân túi tiền rủng rỉnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/12/2025: Tuổi Tỵ vướng thị phi, tuổi Thân túi tiền rủng rỉnh

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 29/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
[E-Magazine] An ninh hệ thống điều khiển công nghiệp trong chiến tranh phi truyền thống

[E-Magazine] An ninh hệ thống điều khiển công nghiệp trong chiến tranh phi truyền thống

Một quốc gia có thể không bị ném bom, không bị phong tỏa biên giới, nhưng vẫn lặng lẽ rơi vào khủng hoảng - điện tắt, nước ngừng chảy, nhà máy đứng im, niềm tin xã hội rạn vỡ. Trong kỷ nguyên số, chiến tranh không nhất thiết khởi phát từ bầu trời hay biên giới địa lý, mà bắt đầu từ tầng điều khiển vô hình, nơi hacker chỉ cần vài dòng mã để làm điều mà bom đạn từng đảm nhiệm.
“Nghỉ hè sợ nghỉ hưu”: Cuộc đối thoại thế hệ trong phim mới của Huỳnh Lập

“Nghỉ hè sợ nghỉ hưu”: Cuộc đối thoại thế hệ trong phim mới của Huỳnh Lập

Lấy cảm hứng từ câu chuyện quen thuộc mỗi dịp hè khi con cháu về quê thăm ông bà, bộ phim “Nghỉ hè sợ nghỉ hưu” của đạo diễn Huỳnh Lập hứa hẹn mở ra một cuộc đối thoại nhiều chiều giữa hai thế hệ, được kể bằng màu sắc hài hước, tâm linh và đậm chất văn hóa Việt.
Ngành sản xuất Anh khát nhân lực kỹ thuật cao khi tự động hóa tăng tốc

Ngành sản xuất Anh khát nhân lực kỹ thuật cao khi tự động hóa tăng tốc

Nhu cầu hiện đại hóa sản xuất tại Vương quốc Anh đang đẩy mạnh nhu cầu về các kỹ năng kỹ thuật chuyên sâu, đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa và kỹ thuật điện. Xu hướng này được phản ánh rõ nét qua hoạt động của Control Freaks Ltd - doanh nghiệp vừa ghi nhận mức tăng trưởng đơn hàng mạnh mẽ sau khi chuyển đến trụ sở mới tại Khu công nghệ Holbeach (Lincolnshire).
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/12/2025: Tuổi Tý sự nghiệp thuận lợi, tuổi Tuất gặp trục trặc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 28/12/2025: Tuổi Tý sự nghiệp thuận lợi, tuổi Tuất gặp trục trặc

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 28/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
PGS.TS Huỳnh Thành Đạt: Ngành Tự động hóa Việt Nam đứng trước những cơ hội lịch sử

PGS.TS Huỳnh Thành Đạt: Ngành Tự động hóa Việt Nam đứng trước những cơ hội lịch sử

Phát biểu tại Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ VI của Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) ngày 27/12, Ủy viên Trung ương Đảng, PGS.TS Huỳnh Thành Đạt, Phó Trưởng ban Tuyên giáo và Dân vận Trung ương cho rằng, ngành Tự động hóa đang trong một môi trường chính sách thuận lợi chưa từng có, tạo nền tảng để doanh nghiệp Việt Nam vươn lên làm chủ công nghệ.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV cảnh báo chiêu lừa liên kết thẻ qua Apple Pay, Google Pay

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV cảnh báo chiêu lừa liên kết thẻ qua Apple Pay, Google Pay

Tuần qua, nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: ACB tăng tốc thu hút nhân tài; VietinBank tăng vốn vượt BIDV; BIDV cảnh báo chiêu lừa liên kết thẻ...
song-gia-tri