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
Doanh nghiệp Việt khai phá lợi thế độ chính xác từ công nghệ sản xuất của Ý

Doanh nghiệp Việt khai phá lợi thế độ chính xác từ công nghệ sản xuất của Ý

Nền công nghiệp và công nghệ của Ý (Italia) nổi tiếng toàn cầu nhờ sự kết hợp hoàn hảo giữa kỹ thuật cơ khí chính xác, tự động hóa và thiết kế thẩm mỹ độc bản. Đặc trưng “Made in Italy” thể hiện rõ qua nhiều thế mạnh cốt lõi, trong đó có chế tạo máy & tự động.
Hạ tầng số đang định hình động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Hạ tầng số đang định hình động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Từ khu công nghiệp thế hệ mới đến giao thông công cộng, đầu tư công và quản trị đô thị, những lĩnh vực tưởng chừng riêng lẻ được đề cập tại họp báo kinh tế - xã hội TP.Hồ Chí Minh ngày 9/7 lại cùng phản ánh một xu hướng rõ nét: Thành phố đang từng bước xây dựng "hạ tầng số" làm nền tảng cho mô hình tăng trưởng mới. Khi dữ liệu, công nghệ và tự động hóa ngày càng hiện diện trong mọi lĩnh vực, chuyển đổi số không còn là một chương trình riêng lẻ mà đang trở thành năng lực cạnh tranh của đô thị.
PGS.TS. Tạ Hải Tùng giữ chức Phó Giám đốc Đại học Bách khoa Hà Nội

PGS.TS. Tạ Hải Tùng giữ chức Phó Giám đốc Đại học Bách khoa Hà Nội

Chiều 9/7, tại Lễ công bố Quyết định về công tác nhân sự do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức, Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo Hoàng Minh Sơn đã trao quyết định bổ nhiệm PGS.TS.Tạ Hải Tùng, Bí thư Đảng ủy, Hiệu trưởng Trường Công nghệ Thông tin và Truyền thông thuộc Đại học Bách khoa Hà Nội, giữ chức vụ Phó Giám đốc Đại học Bách khoa Hà Nội.
Camera AI: Bước chuyển mình thành "lá chắn" an toàn cho nhà máy thông minh

Camera AI: Bước chuyển mình thành "lá chắn" an toàn cho nhà máy thông minh

Sự kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI), thị giác máy tính và hạ tầng IoT đang đưa hệ thống camera IP vượt ra khỏi vai trò giám sát truyền thống để trở thành một phần của hệ thống an toàn công nghiệp. Tuy nhiên, để những giải pháp này đáp ứng các tiêu chuẩn bảo hiểm và quy định khắt khe, doanh nghiệp cần nhiều hơn một thuật toán AI - đó là một nền tảng quản trị vận hành có khả năng giám sát và đảm bảo dịch vụ liên tục.
Hải Anh JSC tuyển dụng Kỹ sư Điện – Tự động hóa

Hải Anh JSC tuyển dụng Kỹ sư Điện – Tự động hóa

Công Ty Cổ phần thương mại Kỹ thuật Hải Anh (HẢI ANH JSC) đang tuyển dụng Kỹ sư Điện - Tự động hóa làm việc tại Nhà máy Nova Energy - Khu Công nghệ cao Hòa Lạc, Hà Nội.
Cơ chế, chính sách bảo tồn, phát huy văn hóa truyền thống các dân tộc thiểu số

Cơ chế, chính sách bảo tồn, phát huy văn hóa truyền thống các dân tộc thiểu số

Chính phủ ban hành Nghị định số 269/2026/NĐ-CP quy định một số cơ chế, chính sách bảo tồn và phát huy văn hóa truyền thống các dân tộc thiểu số.
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/7: Thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/7: Thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro

Sau hai phiên phục hồi liên tiếp, thị trường chứng khoán đã quay đầu điều chỉnh trong phiên 9/7 khi áp lực chốt lời gia tăng. Các công ty chứng khoán cho rằng xu hướng điều chỉnh ngắn hạn vẫn chưa kết thúc, nhà đầu tư nên ưu tiên quản trị rủi ro và chờ tín hiệu rõ ràng hơn trước khi giải ngân.
Bộ ngắt mạch Power Defense™ giảm nguy cơ xảy ra phóng điện hồ quang

Bộ ngắt mạch Power Defense™ giảm nguy cơ xảy ra phóng điện hồ quang

Dòng sản phẩm cầu dao tự động vỏ đúc Eaton Power Defense giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm nguy cơ xảy ra sự cố phóng điện hồ quang.
Thị trường chứng khoán ngày 9/7: VN Index giảm 13 điểm, dầu khí trở thành điểm sáng hiếm hoi

Thị trường chứng khoán ngày 9/7: VN Index giảm 13 điểm, dầu khí trở thành điểm sáng hiếm hoi

Áp lực chốt lời lan rộng khiến VN Index quay đầu giảm 13 điểm sau hai phiên hồi phục. Dù nhóm dầu khí tiếp tục hưởng lợi từ giá dầu thế giới tăng, nhưng lực đỡ này không đủ giúp thị trường chống lại áp lực bán ở nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/7/2026: Tuổi Hợi tài vận vượng phát, tuổi Tý nên cẩn trọng lời ăn tiếng nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/7/2026: Tuổi Hợi tài vận vượng phát, tuổi Tý nên cẩn trọng lời ăn tiếng nói

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 10/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
vn-web
song-gia-tri