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

vaa
Tin bài khác
AI đang tái định hình ngành sản xuất tiên tiến: Điều gì sẽ đến tiếp theo?

AI đang tái định hình ngành sản xuất tiên tiến: Điều gì sẽ đến tiếp theo?

Sau nhiều năm bàn luận về chuyển đổi số, ngành sản xuất toàn cầu đang bước vào một giai đoạn tăng tốc mới khi trí tuệ nhân tạo (AI) trở thành chất xúc tác mạnh mẽ cho tự động hóa và đổi mới vận hành. Nếu trước đây, số hóa thường diễn ra chậm chạp và phân mảnh, thì AI đang thúc đẩy quá trình này theo cách nhanh hơn, sâu hơn và mang tính đột phá hơn bao giờ hết.
Dự kiến tổ chức Hội chợ Mùa Xuân 2026 với chủ đề "Kết nối thịnh vượng - Mùa xuân huy hoàng"

Dự kiến tổ chức Hội chợ Mùa Xuân 2026 với chủ đề "Kết nối thịnh vượng - Mùa xuân huy hoàng"

Hội chợ quốc gia Mùa Xuân 2026 dự kiến diễn ra đầu tháng 2/2026 tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (Đông Anh, Hà Nội), hướng tới quảng bá sản phẩm trong nước, kích cầu tiêu dùng và tạo khí thế sôi động khi cả nước bước vào xuân mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/1/2026: tuổi Hợi cần thận trọng, tuổi Thân cơ hội phát triển

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/1/2026: tuổi Hợi cần thận trọng, tuổi Thân cơ hội phát triển

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 11/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV cảnh báo khẩn về các chiêu lừa đảo tài chính tinh vi

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: BIDV cảnh báo khẩn về các chiêu lừa đảo tài chính tinh vi

Tuần đầu thiên của năm mới 2026, đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: VIB khởi động năm 2026 với loạt ưu đãi thẻ hấp dẫn; BIDV cảnh báo khẩn về các chiêu lừa đảo tài chính tinh vi; Nghị quyết 79 đặt mục tiêu xây dựng các ngân hàng nhà nước dẫn dắt thị trường...
Du lịch Việt Nam lập kỷ lục mới: Gần 21,2 triệu lượt khách quốc tế trong năm 2025

Du lịch Việt Nam lập kỷ lục mới: Gần 21,2 triệu lượt khách quốc tế trong năm 2025

Năm 2025 đánh dấu bước bứt phá mạnh mẽ của du lịch Việt Nam khi lượng khách quốc tế đạt gần 21,2 triệu lượt - mức cao nhất từ trước đến nay. Tăng trưởng vượt trội không chỉ khẳng định sức hấp dẫn của điểm đến Việt Nam trên bản đồ du lịch thế giới, mà còn đóng góp quan trọng vào đà tăng trưởng của khu vực dịch vụ và nền kinh tế nói chung.
Herbalife khuyến khích lối sống năng động trong ngày đầu năm mới

Herbalife khuyến khích lối sống năng động trong ngày đầu năm mới

Herbalife Việt Nam, với mục tiêu trở thành công ty, cộng đồng và nền tảng hàng đầu về sức khỏe và thể chất, tiếp tục là nhà tài trợ chính của “Giải bán marathon Quốc tế Việt Nam tài trợ bởi Herbalife 2026”, tổ chức tại trung tâm Hà Nội trong ngày đầu tiên của năm mới.
5 xu hướng robot hàng đầu toàn cầu năm 2026

5 xu hướng robot hàng đầu toàn cầu năm 2026

Theo Liên đoàn Robot Quốc tế (IFR), giá trị thị trường robot công nghiệp toàn cầu đã đạt kỷ lục 16,7 tỷ USD, phản ánh vai trò ngày càng quan trọng của robot trong sản xuất, logistics và dịch vụ. Bước sang năm 2026, ngành robot được dự báo sẽ tiếp tục tăng tốc nhờ các đột phá công nghệ, sự hội tụ IT/OT và áp lực thiếu hụt lao động trên toàn cầu. IFR đã chỉ ra 5 xu hướng nổi bật sẽ định hình tương lai của lĩnh vực này.
Hội nghị An toàn Robot Quốc tế 2025: Tiêu chuẩn mới mở đường cho kỷ nguyên tự động hóa an toàn

Hội nghị An toàn Robot Quốc tế 2025: Tiêu chuẩn mới mở đường cho kỷ nguyên tự động hóa an toàn

Hội nghị An toàn Robot Quốc tế 2025 (IRSC 2025) đã mang đến cái nhìn toàn cảnh về cách cộng đồng tiêu chuẩn và an toàn toàn cầu đang chuẩn bị cho làn sóng robot thế hệ mới. Từ robot cộng tác đến người máy hình người, các chủ đề thảo luận cho thấy an toàn không còn là yếu tố bổ trợ, mà đang trở thành nền tảng cốt lõi để tự động hóa có thể mở rộng trên quy mô lớn.
Từ "Sao tháng Tám" đến "Địa đạo": Chuỗi phim đặc sắc mừng Đại hội XIV

Từ "Sao tháng Tám" đến "Địa đạo": Chuỗi phim đặc sắc mừng Đại hội XIV

Từ ngày 14 đến 17/1, Viện Phim Việt Nam tổ chức đợt chiếu phim miễn phí tại rạp Ngọc Khánh (523 Kim Mã, Hà Nội), giới thiệu bốn phim truyện điện ảnh cách mạng kinh điển cùng chùm phim hoạt hình nổi tiếng, chào mừng Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng.
Đưa tác phẩm "Nỗi buồn chiến tranh" ra khỏi danh sách bình chọn

Đưa tác phẩm "Nỗi buồn chiến tranh" ra khỏi danh sách bình chọn

Ngày 13/11/2025, Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch ban hành Quyết định số 4313/QĐ-BVHTTDL về việc nghiệm thu và công bố kết quả bình chọn 50 tác phẩm văn học, nghệ thuật biểu diễn Việt Nam tiêu biểu, xuất sắc sau ngày đất nước thống nhất (30/4/1975 - 30/4/2025), trong đó có tác phẩm Nỗi buồn chiến tranh của nhà văn Bảo Ninh.
song-gia-tri