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
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/12: VN-Index nhiều khả năng sẽ rung lắc trong các phiên tới

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/12: VN-Index nhiều khả năng sẽ rung lắc trong các phiên tới

Thị trường chứng khoán duy trì đà tăng trong phiên 8/12, song các tín hiệu kỹ thuật cho thấy VN-Index có thể đối mặt với nhịp rung lắc khi tiến gần vùng đỉnh lịch sử. Lực cung gia tăng và tâm lý thận trọng của nhà đầu tư được dự báo sẽ khiến chỉ số biến động mạnh hơn trong các phiên tới.
Kiến trúc dữ liệu trong công nghiệp: Chìa khóa kết nối tại chỗ với đám mây cho chuyển đổi số

Kiến trúc dữ liệu trong công nghiệp: Chìa khóa kết nối tại chỗ với đám mây cho chuyển đổi số

Khi ngành sản xuất bước sâu vào kỷ nguyên Công nghiệp 4.0, dữ liệu trở thành nguồn tài nguyên chiến lược quan trọng không kém nguyên liệu hay thiết bị. Tuy nhiên, phần lớn dữ liệu trong sản xuất vẫn bị “mắc kẹt” trong các hệ thống tại chỗ cũ kỹ, khiến doanh nghiệp khó tận dụng để phân tích, dự đoán và tự động hóa. Trong bối cảnh này, kiến trúc dữ liệu lai - mô hình kết hợp xử lý tại chỗ và điện toán đám mây đang nổi lên như giải pháp tối ưu để khai thông dòng dữ liệu và mở khóa giá trị của IIoT.
Khám phá mới về di sản quân sự thời Tây Sơn

Khám phá mới về di sản quân sự thời Tây Sơn

Nhiều tư liệu kỹ thuật, khảo cứu lịch sử và phân tích của giới chuyên môn cho thấy kho vũ khí của quân đội Tây Sơn dưới thời Hoàng đế Quang Trung sở hữu những yếu tố vượt trội, đặc biệt trong cách sử dụng thuốc súng đen, diêm tiêu và hỏa dược.
Sôi động chung kết Cuộc thi Sáng tạo UAV 2025 - Cup PV GAS "Vùng trời quê hương"

Sôi động chung kết Cuộc thi Sáng tạo UAV 2025 - Cup PV GAS "Vùng trời quê hương"

Sáng 7/12, sân vận động C500 (Học viện An ninh, Hà Nội) sôi nổi hơn bao giờ hết khi Lễ bế mạc và chung kết Cuộc thi Sáng tạo UAV 2025 - Cup PV GAS “Vùng trời quê hương” diễn ra, khép lại hành trình gần ba tháng tranh tài với nhiều sáng tạo, thử thách và cảm xúc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/12/2025: Tuổi Thân dễ gặp rắc rối, tuổi Tý phát triển thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/12/2025: Tuổi Thân dễ gặp rắc rối, tuổi Tý phát triển thuận lợi

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 9/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 8/12: VIC kéo chỉ số, thị trường “xanh vỏ đỏ lòng”

Thị trường chứng khoán ngày 8/12: VIC kéo chỉ số, thị trường “xanh vỏ đỏ lòng”

Dù VN Index tăng hơn 12 điểm nhờ lực kéo mạnh từ VIC và một số trụ, bức tranh toàn thị trường lại khá u ám khi số mã giảm gấp đôi số mã tăng. Thị trường có phiên đúng nghĩa là “xanh vỏ đỏ lòng”.
Nét văn hóa trầm hương Khánh Hòa

Nét văn hóa trầm hương Khánh Hòa

Do linh khí của trời đất tích tụ qua hàng ngàn năm mà thành, trầm hương có năng lực khai thông trí tuệ, kết nối con người với con người, con người với thế giới tâm linh. Trên thực tế, trầm hương đang hình thành dáng nét văn hóa độc đáo của người dân bản địa.
BrainPack: Giải pháp biến robot vô tri thành cỗ máy thông minh toàn diện

BrainPack: Giải pháp biến robot vô tri thành cỗ máy thông minh toàn diện

OpenMind vừa công bố BrainPack, một giải pháp được mô tả là "hệ thống phần cứng và phần mềm mới giúp robot và humanoid sở hữu trí tuệ thế giới thực" bao gồm khả năng nhận thức, điều khiển, ghi nhớ và tự chủ - tất cả gói gọn trong một nền tảng kích thước chỉ bằng một chiếc ba lô.
STEM Innovation Petrovietnam: Xây dựng hạ tầng học tập số cho mọi học sinh

STEM Innovation Petrovietnam: Xây dựng hạ tầng học tập số cho mọi học sinh

Sáng 7/12/2025, tọa đàm “STEM Innovation Petrovietnam - Hiện thực hoá tinh thần Nghị quyết 57” do Tạp chí Năng lượng Mới/PetroTimes tổ chức đã chính thức diễn ra, quy tụ nhiều chuyên gia đầu ngành trong lĩnh vực giáo dục và đổi mới sáng tạo.
Nhận định phiên giao dịch ngày 8/12: Ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có tín hiệu hồi phục

Nhận định phiên giao dịch ngày 8/12: Ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có tín hiệu hồi phục

Trong bối cảnh VN-Index đang duy trì đà tăng và dòng tiền có xu hướng lan tỏa tích cực, giới phân tích cho rằng phiên giao dịch ngày 8/12 nhà đầu tư nên ưu tiên nắm giữ những cổ phiếu có tín hiệu hồi phục rõ rệt và khả năng dẫn dắt nhịp tăng mới của thị trường.
song-gia-tri