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

vcca2026
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/5/2026: Tuổi Dậu đón nhận điều tốt đẹp, tuổi Ngọ nghĩ tiêu cực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/5/2026: Tuổi Dậu đón nhận điều tốt đẹp, tuổi Ngọ nghĩ tiêu cực

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 18/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Chùa Trầm: Nơi tìm về với thiên nhiên và cội nguồn văn hóa

Chùa Trầm: Nơi tìm về với thiên nhiên và cội nguồn văn hóa

Nằm cách trung tâm Thành phố Hà Nội khoảng 20km, khu di tích lịch sử-văn hóa chùa Trầm từ lâu đã trở thành một quần thể thắng cảnh độc đáo, gắn liền với chiều sâu văn hóa và những dấu mốc quan trọng của lịch sử cách mạng Việt Nam.
ABB Robotics ra mắt PickMaster Lite để "đơn giản hóa và tăng tốc độ gắp nhả bằng robot"

ABB Robotics ra mắt PickMaster Lite để "đơn giản hóa và tăng tốc độ gắp nhả bằng robot"

ABB Robotics vừa ra mắt PickMaster Lite, một phiên bản tinh gọn của bộ phần mềm PickMaster, được thiết kế nhằm giúp các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) trong ngành đóng gói và các nhà tích hợp hệ thống có thể triển khai các ứng dụng gắp nhả bằng robot tốc độ cao và dẫn hướng bằng thị giác máy tính một cách nhanh chóng và bớt phức tạp hơn.
Phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Lễ kỷ niệm 120 năm Ngày truyền thống Đại học Quốc gia Hà Nội

Phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Lễ kỷ niệm 120 năm Ngày truyền thống Đại học Quốc gia Hà Nội

Tạp chí Tự động hoá Ngày nay trân trọng giới thiệu Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Lễ kỷ niệm 120 năm Ngày truyền thống Đại học Quốc gia Hà Nội (16/5/1906 - 16/5/2026) và đón nhận Huân chương Lao động hạng Nhất, được tổ chức ngày 16/5.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/5/2026: Tuổi Tý may mắn và suôn sẻ, tuổi Tuất đụng độ tiểu nhân

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/5/2026: Tuổi Tý may mắn và suôn sẻ, tuổi Tuất đụng độ tiểu 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 17/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Nhà máy thông minh ứng dụng AI như thế nào?

Nhà máy thông minh ứng dụng AI như thế nào?

Các bài toán về triển khai AI, kết hợp robot trong nhà máy thông minh hay ứng dụng thị giác máy vào kiểm tra chất lượng sản phẩm sẽ được thảo luận tại hội thảo trong khuôn khổ Techmart AI 2026 diễn ra ngày 18/5 tại Hà Nội.
Mỹ: Tăng trưởng sản xuất gấp bốn lần nhưng các nhà máy vẫn đứng ngoài cuộc

Mỹ: Tăng trưởng sản xuất gấp bốn lần nhưng các nhà máy vẫn đứng ngoài cuộc

Trí tuệ nhân tạo đang được xem là động lực của cuộc cách mạng công nghiệp mới, nhưng thực tế trong ngành sản xuất Mỹ lại cho thấy một bức tranh thận trọng hơn. Dù tỷ lệ ứng dụng AI đã tăng mạnh trong những năm gần đây, phần lớn doanh nghiệp sản xuất vẫn chưa sẵn sàng tích hợp công nghệ này vào dây chuyền vận hành.
Gắn đào tạo tiến sĩ với nhiệm vụ khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo

Gắn đào tạo tiến sĩ với nhiệm vụ khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo

Một trong những vấn đề cốt lõi trong dự thảo Nghị định mới nhất của Bộ GDĐT là lấy ý kiến của các cấp, các đơn vị đào tạo về việc phân bổ ngân sách, tự chủ tài chính và thúc đẩy đào tạo trình độ tiến sĩ, các ngành, nghề kỹ thuật then chốt, công nghệ chiến lược, công nghệ lõi đối với giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp,...
ETEK khởi động chương trình đào tạo kỹ sư tự động hóa chất lượng cho các trường nghề

ETEK khởi động chương trình đào tạo kỹ sư tự động hóa chất lượng cho các trường nghề

Ngày 16/5, tại Công ty Cổ phần Giải pháp tự động hóa ETEK (ETEK) đã diễn ra Lễ Khai giảng Chương trình đào tạo sinh viên Trường Cao đẳng Công nghệ Hà Tĩnh về ngành Cơ điện tử tại doanh nghiệp. Đây là chương trình đào tạo thực tế dài hơi đầu tiên của ETEK dành cho sinh viên của một cơ sở đào tạo nghề, với mục tiêu phát triển nguồn nhân lực kỹ thuật chất lượng cao, đặc biệt nhân lực lĩnh vực tự động hóa cho công nghiệp hiện đại.
Hà Nội sắp diễn ra Techmart AI đầu tiên

Hà Nội sắp diễn ra Techmart AI đầu tiên

Diễn ra từ ngày 18-20/5 tại Hà Nội, Techmart chuyên ngành sản phẩm ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) sẽ quy tụ hơn 19 đơn vị với trên 40 sản phẩm, giải pháp công nghệ trong nhiều lĩnh vực như tự động hóa, robot, y tế, giáo dục và hành chính công.
vn-web
song-gia-tri