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
Tự động hóa thúc đẩy đơn hàng công nghệ sản xuất tăng mạnh năm 2026

Tự động hóa thúc đẩy đơn hàng công nghệ sản xuất tăng mạnh năm 2026

Các đơn hàng máy công cụ và thiết bị gia công kim loại tại Mỹ tiếp tục tăng trưởng mạnh trong những tháng đầu năm 2026, trong bối cảnh doanh nghiệp đẩy mạnh đầu tư vào tự động hóa và các hệ thống sản xuất có mức độ tích hợp công nghệ cao hơn.
Tháo “nút thắt” giải ngân và triển khai để khoa học công nghệ bứt phá

Tháo “nút thắt” giải ngân và triển khai để khoa học công nghệ bứt phá

Tại Hội nghị sơ kết công tác 6 tháng đầu năm 2026 của Bộ Khoa học và Công nghệ chiều 29/6, Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Vũ Hải Quân cho rằng để khoa học công nghệ thực sự trở thành động lực tăng trưởng, cần tập trung gỡ bỏ hai điểm nghẽn lớn là công tác giải ngân và tổ chức triển khai. Sau giai đoạn hoàn thiện thể chế, trọng tâm hiện nay là đưa các chính sách vào thực tiễn một cách quyết liệt và hiệu quả.
Nhận định phiên giao dịch ngày 1/7: Tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu có lãi

Nhận định phiên giao dịch ngày 1/7: Tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu có lãi

Thị trường chứng khoán được kỳ vọng sẽ tiếp tục duy trì trạng thái tích cực trong phiên giao dịch ngày 1/7 khi dòng tiền có dấu hiệu cải thiện, tạo cơ sở để nhà đầu tư cân nhắc gia tăng tỷ trọng đối với các cổ phiếu đang vận động tốt và đã có lợi nhuận.
Tháo gỡ điểm nghẽn thể chế để Petrovietnam bứt phá trong kỷ nguyên năng lượng mới

Tháo gỡ điểm nghẽn thể chế để Petrovietnam bứt phá trong kỷ nguyên năng lượng mới

Trong bối cảnh chuyển dịch năng lượng toàn cầu và yêu cầu tăng trưởng kinh tế cao, Petrovietnam đang đứng trước cơ hội tái định vị vai trò từ doanh nghiệp dầu khí truyền thống thành tập đoàn công nghiệp - năng lượng tích hợp. Tại Diễn đàn Dầu khí - Năng lượng thường niên 2026, các chuyên gia và nhà quản lý đều thống nhất rằng, cùng với quyết tâm đổi mới từ nội tại, những đột phá về thể chế sẽ là điều kiện quyết định để Petrovietnam dẫn dắt quá trình chuyển dịch năng lượng và tiếp tục giữ vai trò trụ cột bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia.
Ra mắt Chi hội Kinh tế Bán dẫn HASEMI: Thúc đẩy liên kết phát triển hệ sinh thái bán dẫn Việt Nam

Ra mắt Chi hội Kinh tế Bán dẫn HASEMI: Thúc đẩy liên kết phát triển hệ sinh thái bán dẫn Việt Nam

Trong bối cảnh Việt Nam đẩy mạnh phát triển công nghiệp công nghệ cao và tham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị bán dẫn toàn cầu, việc hình thành các tổ chức chuyên ngành có vai trò kết nối giữa giới khoa học, doanh nghiệp, cơ sở đào tạo và cơ quan quản lý đang trở thành yêu cầu cấp thiết.
Từ quốc gia không có lợi thế làm sữa đến thành tích chưa từng có ở đấu trường sữa thế giới

Từ quốc gia không có lợi thế làm sữa đến thành tích chưa từng có ở đấu trường sữa thế giới

Không phải những tập đoàn sữa lâu đời tại châu Âu hay Bắc Mỹ, cái tên được xướng lên nhiều nhất tại Giải thưởng Đổi mới Ngành sữa Thế giới (World Dairy Innovation Awards) 2026 lại đến từ Việt Nam. Vinamilk gây bất ngờ lớn khi giành chiến thắng áp đảo với 5 hạng mục giải thưởng, tạo nên một kỷ lục chưa từng có trong lịch sử giải. Điều gì giúp đại diện từ Việt Nam tạo nên kỳ tích đặc biệt này?
D’. Diamant Bleu: Chuẩn sống xanh đắt giá được “chế tác” giữa trung tâm Long Biên

D’. Diamant Bleu: Chuẩn sống xanh đắt giá được “chế tác” giữa trung tâm Long Biên

Với mã “gen vị trí” đắc địa (một trong các mã gen đặc trưng của các dự án do Tân Hoàng Minh đầu tư phát triển) cùng lợi thế cận kề công viên và hồ điều hoà, các căn hộ D'. Diamant Bleu đang định hình lại tiêu chuẩn sống xanh đắt giá tại phía Đông Hà Nội.
Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị quán triệt và triển khai Nghị quyết 10-NQ/TW

Toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị quán triệt và triển khai Nghị quyết 10-NQ/TW

Sáng 30/6, tại Hà Nội, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm dự và phát biểu chỉ đạo Hội nghị toàn quốc nghiên cứu, học tập, quán triệt và triển khai thực hiện Nghị quyết số 10-NQ/TW ngày 8/6/2026 của Bộ Chính trị về phát triển kinh tế có vốn đầu tư nước ngoài. 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 Hội nghị.
Thị trường chứng khoán ngày 30/6: Nhóm Vin kéo chỉ số, khối ngoại xả mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 30/6: Nhóm Vin kéo chỉ số, khối ngoại xả mạnh

VN Index khép lại tháng 6 trong sắc xanh nhưng phía sau đó là một phiên giao dịch giằng co, đà tăng chủ yếu đến từ lực kéo của họ Vin. Dòng tiền cải thiện, song lực bán ròng quyết liệt của khối ngoại tại nhóm trụ tiếp tục tạo áp lực tiêu cực lên lên tâm lý thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/7/2026: Tuổi Ngọ đón cơ hội bứt phá, tuổi Mão cần cân nhắc trước khi đầu tư

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/7/2026: Tuổi Ngọ đón cơ hội bứt phá, tuổi Mão cần cân nhắc trước khi đầu tư

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 1/7/2026 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
gao-doc