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

nam-moi
Tin bài khác
Kỳ 1: Khi chiến lược khoa học & công nghệ bước ra khỏi văn kiện

Kỳ 1: Khi chiến lược khoa học & công nghệ bước ra khỏi văn kiện

Trong hơn hai thập niên qua, khoa học & công nghệ (KHCN) và đổi mới sáng tạo luôn được đặt ở vị trí trung tâm trong các chiến lược phát triển của Việt Nam. Từ các nghị quyết của Đảng, chiến lược quốc gia, cho đến chương trình hành động của Chính phủ, thông điệp xuyên suốt là nhất quán - KHCN phải trở thành động lực then chốt của tăng trưởng, năng suất và năng lực cạnh tranh quốc gia.
Khi thể chế trở thành động cơ tăng trưởng

Khi thể chế trở thành động cơ tăng trưởng

Trước thềm xuân mới Bính Ngọ, bài viết “Tăng trưởng cao là sản phẩm của năng lực thiết kế thể chế” của Bộ trưởng Khoa học và Công nghệ không chỉ là một thông điệp chính sách, mà còn là lời hiệu triệu về một chuyển dịch tư duy. Đó không đơn thuần là lời kêu gọi tháo gỡ khó khăn, mà là sự thay đổi cách nhìn - chính những vấn đề của xã hội, nếu được tiếp cận bằng tri thức và công nghệ, sẽ trở thành nguồn phát sinh thị trường, ngành nghề và động lực tăng trưởng mới.
Tầm nhìn nơi đầu sóng ngọn gió

Tầm nhìn nơi đầu sóng ngọn gió

Việt Nam là đất nước có tiềm năng tài nguyên kinh tế biển đặc biệt, nằm bên bờ Tây của Biển Đông với bờ biển dài trên 3.260 km trải dài từ Bắc xuống Nam và cứ 100 km2 đất liền có 1 km bờ biển. Trong 34 tỉnh, thành phố của cả nước thì 21 tỉnh, thành phố có biển và gần một nửa dân số sinh sống tại các tỉnh, thành phố ven biển.
Tem Tết năm Ngọ 2026: Khi biểu tượng ngựa kết nối bản sắc văn hóa toàn cầu

Tem Tết năm Ngọ 2026: Khi biểu tượng ngựa kết nối bản sắc văn hóa toàn cầu

Mùa Tết năm Bính Ngọ 2026, nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ đồng loạt phát hành các bộ tem đặc biệt lấy hình tượng ngựa làm chủ đạo. Mỗi thiết kế là một lát cắt văn hóa riêng, kết tinh giữa truyền thống và sáng tạo đương đại, gửi gắm khát vọng về may mắn, thịnh vượng và khởi đầu mới.
NMLD Dung Quất chạy vượt công suất 125%, bảo đảm nguồn xăng dầu Tết

NMLD Dung Quất chạy vượt công suất 125%, bảo đảm nguồn xăng dầu Tết

Trước dự báo nhu cầu xăng dầu tăng mạnh trong dịp Tết Nguyên đán Bính Ngọ 2026, Công ty cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn (BSR) - đơn vị thành viên của Tập đoàn Công nghiệp - Năng lượng Quốc gia Việt Nam đã chủ động xây dựng các kịch bản vận hành linh hoạt, duy trì sản xuất an toàn, liên tục tại Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, nhằm bảo đảm nguồn cung ổn định cho thị trường trong nước.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Ngân hàng nghỉ Tết - Khách hàng cần chủ động giao dịch, tránh gián đoạn

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Ngân hàng nghỉ Tết - Khách hàng cần chủ động giao dịch, tránh gián đoạn

Tuần qua, đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm tăng cường “hàng rào số” bảo vệ khách hàng giao dịch mùa Tết: Vietcombank, BIDV, Agribank, TPBank... nghỉ Tết, ngân hàng số và chuyển khoản nhanh 24/7 vẫn hoạt động nhưng chuyển khoản liên ngân hàng thường sẽ xử lý sau Tết.
Kiến trúc Station SCADA trong hệ thống Metro hiện đại và khả năng tích hợp theo mô hình mở

Kiến trúc Station SCADA trong hệ thống Metro hiện đại và khả năng tích hợp theo mô hình mở

Trong Metro hiện đại, SCADA không còn giới hạn ở giám sát điện hay một nhóm thiết bị phụ trợ riêng lẻ. Thay vào đó, SCADA đóng vai trò nền tảng tích hợp dữ liệu đa hệ, bảo đảm phối hợp vận hành đồng bộ giữa năng lượng, cơ điện, an toàn, thông tin hành khách và các phân hệ đường sắt liên quan.
Điều còn lại sau mái chùa

Điều còn lại sau mái chùa

Phật giáo Việt Nam đang đứng trước một nghịch lý của thời đại. Chùa chiền ngày càng lớn, nhưng câu hỏi về di sản đích thực của đạo Phật lại ngày càng trở nên cấp thiết. Điều gì sẽ còn lại sau hình tướng, những công trình vật chất, hay khả năng khai mở tỉnh thức nơi con người?
Xây dựng văn hóa “an toàn là trên hết” trong kỷ nguyên robot tự động

Xây dựng văn hóa “an toàn là trên hết” trong kỷ nguyên robot tự động

Trong lĩnh vực sản xuất hiện đại, khái niệm an toàn không còn giới hạn ở các biện pháp truyền thống như trang bị bảo hộ cá nhân, che chắn máy móc hay quy trình khóa, ghi nhãn. Khi các nhà máy và kho hàng ngày càng tự động hóa, an toàn được định nghĩa rộng hơn: đó là cách các hệ thống được thiết kế, tích hợp và vận hành sao cho con người và robot có thể làm việc hài hòa, hiệu quả và bền vững.
EVN bảo đảm vận hành an toàn, ổn định hệ thống điện quốc gia dịp Tết Bính Ngọ 2026

EVN bảo đảm vận hành an toàn, ổn định hệ thống điện quốc gia dịp Tết Bính Ngọ 2026

Để phục vụ nhu cầu sản xuất, tiêu dùng và sinh hoạt của người dân trong dịp Tết Nguyên đán Bính Ngọ 2026, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã xây dựng và triển khai đồng bộ các phương án cung ứng điện an toàn, ổn định; không thực hiện cắt điện từ 27 Tết đến hết mùng 6 Tết, trừ trường hợp xử lý sự cố bắt buộc.
song-gia-tri