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
Toàn văn phát biểu bế mạc Hội nghị Trung ương 3 của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm

Toàn văn phát biểu bế mạc Hội nghị Trung ương 3 của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm

Chiều 24/7, Hội nghị Trung ương 3 khóa XIV bế mạc. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn bài phát biểu bế mạc hội nghị của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm.
Vinamilk: Khi chất lượng sản phẩm trở thành đạo đức nghề nghiệp

Vinamilk: Khi chất lượng sản phẩm trở thành đạo đức nghề nghiệp

Tối ngày 23/07/2026 tại Nhà hát Hồ Gươm (Hà Nội), Công ty Cổ phần Sữa Việt Nam (Vinamilk) phối hợp với Đài Truyền hình Việt Nam tổ chức chương trình nghệ thuật “50 năm – Phụng sự khát vọng Việt”, đánh dấu cột mốc đặc biệt: 50 năm hình thành và phát triển của Vinamilk nói riêng và ngành sữa Việt Nam nói chung. Trong khuôn khổ sự kiện, Vinamilk vinh dự đón nhận danh hiệu Anh hùng Lao động lần thứ hai trong lịch sử phát triển của doanh nghiệp. Cũng tại chương trình, bà Mai Kiều Liên - nguyên Ủy viên Trung ương Đảng, Anh hùng Lao động, Tổng Giám đốc Vinamilk - được trao tặng Huân chương Độc lập hạng Ba vì những thành tích đặc biệt xuất sắc trong công tác, góp phần vào sự nghiệp xây dựng chủ nghĩa xã hội và bảo vệ Tổ quốc.
Kỳ 1: Khi giao thông xanh bước xuống mặt đường

Kỳ 1: Khi giao thông xanh bước xuống mặt đường

Không khí của một thành phố không chỉ nằm trong các bản quan trắc. Nó nằm trong lồng ngực người đi làm buổi sớm, sau tiếng ho của người già khi chiều muộn, trong khoảng lặng hiếm hoi giữa hai làn xe. Từ những chi tiết nhỏ ấy, xanh hóa giao thông rời khỏi diễn đàn chính sách để trở thành một nhu cầu sống, một phép thử phát triển và một câu hỏi về tương lai công nghiệp Việt Nam.
Phát triển nguồn nhân lực bán dẫn giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Singapore

Phát triển nguồn nhân lực bán dẫn giữa Đại học Bách Khoa Hà Nội và Singapore

Ngày 23/7, Đại học Bách khoa Hà Nội và Hiệp hội Công nghiệp Bán dẫn Singapore (Singapore Semiconductor Industry Association - SSIA) đã ký kết Biên bản ghi nhớ về phát triển nguồn nhân lực và thúc đẩy hợp tác giữa nhà trường với doanh nghiệp trong lĩnh vực bán dẫn.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/7/2026: Tuổi Mùi tài vận khởi sắc, tuổi Thân nên tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 25/7/2026: Tuổi Mùi tài vận khởi sắc, tuổi Thân nên tránh nóng vội

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 25/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 24/7: Tin thuế quan từ Mỹ khiến dòng tiền “nguội lạnh”, VN Index lại chìm trong sắc đỏ

Thị trường chứng khoán ngày 24/7: Tin thuế quan từ Mỹ khiến dòng tiền “nguội lạnh”, VN Index lại chìm trong sắc đỏ

Sau phiên hồi phục kỹ thuật, VN Index quay đầu giảm hơn 13 điểm trong bối cảnh dòng tiền suy yếu và tâm lý nhà đầu tư trở nên thận trọng trước thông tin Mỹ công bố chính sách thuế quan mới. Thanh khoản rơi xuống mức thấp cho thấy thị trường vẫn đang chờ thêm tín hiệu xác nhận xu hướng.
Diễn đàn "Sản xuất thông minh và công nghiệp hỗ trợ" kết nối doanh nghiệp với xu hướng AI, nhà máy xanh và Net Zero

Diễn đàn "Sản xuất thông minh và công nghiệp hỗ trợ" kết nối doanh nghiệp với xu hướng AI, nhà máy xanh và Net Zero

Nhằm tạo diễn đàn trao đổi giữa cơ quan quản lý, chuyên gia, doanh nghiệp và các tổ chức khoa học - công nghệ về những xu hướng mới trong lĩnh vực sản xuất thông minh, Hội Tự động hóa Việt Nam sẽ tổ chức Diễn đàn "Sản xuất thông minh và công nghiệp hỗ trợ" vào ngày 6/8/2026 tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC), Hà Nội.
Dữ liệu và tự động hóa: “Hạ tầng mềm” cho động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Dữ liệu và tự động hóa: “Hạ tầng mềm” cho động lực tăng trưởng mới của TP.Hồ Chí Minh

Trong bối cảnh TP. Hồ Chí Minh đặt mục tiêu tăng trưởng GRDP hai con số trong giai đoạn mới, khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số đang được xác định là những động lực tăng trưởng mới. Đáng chú ý, tại buổi họp báo về tình hình kinh tế - xã hội ngày 23/7, thông tin từ nhiều sở, ngành cho thấy một điểm chung: từ quản lý hạ tầng, xúc tiến đầu tư, kiểm soát chất lượng hàng hóa đến phát triển du lịch đều đang dựa ngày càng nhiều vào dữ liệu, tiêu chuẩn số và các nền tảng quản trị thông minh.
Liên hiệp Hội Việt Nam tri ân Người có công tại Côn Đảo

Liên hiệp Hội Việt Nam tri ân Người có công tại Côn Đảo

Nhân ngày Thương binh - Liệt sĩ 27/7, đoàn công tác của Liên hiệp Hội Việt Nam đã dâng hương, trao tặng nhiều phần quà tri ân Người có công tại Đặc khu Côn Đảo.
Vật liệu mới giúp tăng cường an toàn pin xe điện

Vật liệu mới giúp tăng cường an toàn pin xe điện

Trong bối cảnh các nhà sản xuất xe điện liên tục tìm kiếm giải pháp nâng cao độ an toàn cho bộ pin mà vẫn tối ưu chi phí và quy trình lắp ráp, Tập đoàn Parker Hannifin vừa giới thiệu CoolTherm SF-1000 - vật liệu bọt silicon dạng lỏng được phát triển nhằm hạn chế hiện tượng lan truyền quá nhiệt trong các bộ pin lithium-ion.
song-gia-tri