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

dai-hoi-dang
Tin bài khác
Dấu ấn các kỳ  Đại hội toàn quốc Đảng Cộng sản Việt Nam

Dấu ấn các kỳ Đại hội toàn quốc Đảng Cộng sản Việt Nam

Những thành tựu to lớn của cách mạng Việt Nam suốt 95 năm qua bắt nguồn từ nhiều nhân tố, trong đó sự lãnh đạo đúng đắn và sáng suốt của Đảng là nhân tố quyết định hàng đầu, cùng sự hy sinh, chiến đấu, lao động sáng tạo của toàn dân, toàn quân dưới ngọn cờ lãnh đạo của Đảng, sự hỗ trợ, giúp đỡ của bạn bè quốc tế. Chúng ta cùng điểm lại dấu ấn của các kỳ Đại hội toàn quốc Đảng Cộng sản Việt Nam với niềm tự hào và vững tin vào con đường phía trước.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/1/2026: Tuổi Tý công việc hanh thông, tuổi Hợi điềm tranh cãi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/1/2026: Tuổi Tý công việc hanh thông, tuổi Hợi điềm tranh cãi

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 14/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 13/1: Nhóm dầu khí khoe sắc tím, thị trường bùng nổ vượt mốc 1.900 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 13/1: Nhóm dầu khí khoe sắc tím, thị trường bùng nổ vượt mốc 1.900 điểm

Thị trường chứng kiến một phiên giao dịch thăng hoa khi VN Index chính thức vượt mốc 1.900 điểm với thanh khoản gần 42,3 nghìn tỷ đồng. Nhóm dầu khí thăng hoa cùng loạt cổ phiếu trụ đồng loạt tăng mạnh, đã đẩy tâm lý nhà đầu tư lên mức hưng phấn cao độ.
Phố đi bộ Hoàn Kiếm trở thành điểm hẹn của cộng đồng sáng tạo Hà Nội

Phố đi bộ Hoàn Kiếm trở thành điểm hẹn của cộng đồng sáng tạo Hà Nội

Trong hai ngày 10-11/1, không gian phố đi bộ Hoàn Kiếm (Hà Nội) trở thành điểm hẹn của cộng đồng sáng tạo với chuỗi hoạt động quảng bá văn hóa trong khuôn khổ chương trình “Tụ hội sáng tạo - Hành trình đến Lễ hội Thiết kế Sáng tạo Hà Nội 2026”, mở màn cho mùa lễ hội thứ 5 và đặt nền móng xây dựng hệ sinh thái sáng tạo đô thị của Thủ đô.
Nhận định phiên giao dịch ngày 13/1: Tăng thêm tỷ trọng cổ phiếu trong các nhịp rung lắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 13/1: Tăng thêm tỷ trọng cổ phiếu trong các nhịp rung lắc

Dòng tiền lan tỏa mạnh, thanh khoản bùng nổ và sắc xanh mở rộng trong phiên 12/1 tiếp tục củng cố xu hướng tăng của thị trường. VN-Index được kỳ vọng hướng tới vùng 1.930–1.960 điểm, trong khi các nhịp rung lắc được đánh giá là cơ hội để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu.
Mô hình sản xuất tùy biến định hình tương lai công nghiệp hiện đại

Mô hình sản xuất tùy biến định hình tương lai công nghiệp hiện đại

Trong nhiều thập kỷ kể từ Cách mạng Công nghiệp, sản xuất hàng loạt dựa trên tiêu chuẩn hóa đã giúp doanh nghiệp tạo ra sản phẩm nhanh hơn, rẻ hơn và đáp ứng nhu cầu đại chúng. Tuy nhiên, mô hình này ngày càng bộc lộ hạn chế khi thị trường chuyển sang cá nhân hóa, nơi khách hàng không chỉ muốn “một sản phẩm”, mà là “sản phẩm đúng với nhu cầu của mình”. Từ khoảng trống đó, mô hình Engineer To Order (ETO - Thiết kế theo đơn đặt hàng) đã nổi lên như một xu hướng tất yếu trong sản xuất công nghiệp hiện đại.
Dành tối thiểu 1% ngân sách nhà nước hằng năm cho chuyển đổi số

Dành tối thiểu 1% ngân sách nhà nước hằng năm cho chuyển đổi số

Luật Chuyển đổi số quy định tối thiểu 1% ngân sách nhà nước hằng năm dành cho chuyển đổi số, thể hiện cam kết chính trị mạnh mẽ của Nhà nước trong việc thúc đẩy chuyển đổi số quốc gia trong giai đoạn tới.
Realme 16 Pro+ ra mắt: Thiết kế Urban Wild, mặt lưng sinh học từ rơm thực vật

Realme 16 Pro+ ra mắt: Thiết kế Urban Wild, mặt lưng sinh học từ rơm thực vật

Bên cạnh nâng cấp mạnh về camera, Realme 16 Pro+ còn gây chú ý với triết lý thiết kế Urban Wild Design do nhà thiết kế Nhật Bản Naoto Fukasawa thực hiện, cùng mặt lưng silicon hữu cơ sinh học được làm từ rơm thực vật, hướng tới yếu tố thân thiện môi trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/1/2026: Tuổi Mão cơ hội làm ăn, Tuổi Dậu khó khăn và thách thức

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/1/2026: Tuổi Mão cơ hội làm ăn, Tuổi Dậu khó khăn và thách thức

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 13/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 12/1: Dù nhóm Vin kìm chân, thị trường vẫn lan tỏa sắc xanh, sắc tím

Thị trường chứng khoán ngày 12/1: Dù nhóm Vin kìm chân, thị trường vẫn lan tỏa sắc xanh, sắc tím

Dù VN Index chỉ nhích thêm hơn 9 điểm, thị trường vẫn chứng kiến sự bùng nổ về độ rộng khi sắc xanh, sắc tím áp đảo và thanh khoản vượt 41 nghìn tỷ đồng. Nhóm Vin giảm mạnh đã lấy đi của chỉ số tới 30 điểm, nhưng nhóm ngân hàng, chứng khoán và bất động sản lại đồng loạt thăng hoa.
song-gia-tri