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

tan-hoang-minh
Tin bài khác
Công an Hà Nội tìm bị hại trong vụ hơn 10 tấn gạo ST25 giả

Công an Hà Nội tìm bị hại trong vụ hơn 10 tấn gạo ST25 giả

Cơ quan Cảnh sát điều tra Công an TP Hà Nội đang điều tra các vụ án sản xuất, buôn bán hàng giả là lương thực, thực phẩm liên quan đến việc làm giả gạo ST25 nhãn hiệu “Gạo Ông Cua”. Cơ quan chức năng đề nghị các cá nhân, tổ chức từng mua loại gạo giả này đến trình báo để phục vụ công tác điều tra.
Thị trường chứng khoán ngày 09/9: Lực cầu cuối phiên cứu chỉ số

Thị trường chứng khoán ngày 09/9: Lực cầu cuối phiên cứu chỉ số

Buổi sáng còn tiến sát vùng 1.850 điểm, đến chiều VN Index bất ngờ lao dốc hơn 18 điểm trước khi được lực cầu bắt đáy cuối phiên “kéo” trở lại. Thanh khoản thấp và khối ngoại tiếp tục bán ròng cho thấy trạng thái giằng co chưa thể sớm kết thúc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/9/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Mão nên tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 10/9/2026: Tuổi Dậu tài lộc khởi sắc, tuổi Mão 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 10/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Nhận định phiên giao dịch ngày 9/9: Tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 9/9: Tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh

Sau phiên hồi phục ngày 8/9, VN-Index được kỳ vọng tiếp tục duy trì quán tính tích cực trong phiên 9/9 và hướng tới vùng kháng cự 1.850-1.860 điểm. Trong bối cảnh xu hướng ngắn hạn đang được củng cố, nhà đầu tư có thể cân nhắc gia tăng tỷ trọng tại những nhịp điều chỉnh, thay vì mua đuổi khi thị trường tăng mạnh.
AI trong nhà máy thực phẩm: Tăng tốc đổi mới nhưng phải đặt an ninh lên hàng đầu

AI trong nhà máy thực phẩm: Tăng tốc đổi mới nhưng phải đặt an ninh lên hàng đầu

AI đang nhanh chóng trở thành công cụ quan trọng trong các nhà máy thực phẩm và đồ uống, từ tự động hóa sản xuất, giám sát an toàn đến hỗ trợ người lao động. Tuy nhiên, mức độ kết nối ngày càng cao cũng kéo theo những rủi ro về an ninh mạng, dữ liệu và độ chính xác của các hệ thống AI.
Xiaomi Pad 9 Pro Max lộ diện: Màn hình 13,3 inch, chip tự phát triển mạnh hơn cả A19 Pro?

Xiaomi Pad 9 Pro Max lộ diện: Màn hình 13,3 inch, chip tự phát triển mạnh hơn cả A19 Pro?

Sau thời gian dài chờ đợi, Xiaomi đã hé lộ thiết kế cùng loạt thông số đáng chú ý của Xiaomi Pad 9 Pro Max. Mẫu tablet cao cấp này dự kiến trình làng tại Trung Quốc ngày 7/9, nổi bật với màn hình 13,3 inch, chip Xring O3 10 nhân, pin hơn 10.000 mAh và sạc nhanh 120W.
Hà Nội đề xuất hỗ trợ trực tiếp kinh phí cho hộ dân lắp điện mặt trời mái nhà

Hà Nội đề xuất hỗ trợ trực tiếp kinh phí cho hộ dân lắp điện mặt trời mái nhà

Hà Nội đang lấy ý kiến dự thảo nghị quyết về chính sách hỗ trợ hộ gia đình lắp đặt điện mặt trời mái nhà tự sản xuất, tự tiêu thụ và hệ thống lưu trữ điện, với mức hỗ trợ tối đa có thể lên tới 6 triệu đồng mỗi hộ.
Tiếng nói tuổi trẻ trên sân khấu nhạc kịch

Tiếng nói tuổi trẻ trên sân khấu nhạc kịch

Vào 18h30 ngày 13/09 tới, GALA HAT 2026 sẽ trở lại với vở nhạc kịch “Sử ký PrimaVera.”
Thị trường chứng khoán ngày 08/9: Dầu khí, phân bón nổi sóng, sắc xanh trở lại với VN Index

Thị trường chứng khoán ngày 08/9: Dầu khí, phân bón nổi sóng, sắc xanh trở lại với VN Index

VN Index lấy lại sắc xanh sau cú giảm mạnh trước, lực bán suy yếu và dòng tiền trong phiên tìm đến nhóm hóa chất, phân bón, dầu khí. Tuy nhiên, thanh khoản giảm mạnh cho thấy tâm lý thận trọng vẫn chi phối thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/9/2026: Tuổi Tỵ vận trình khởi sắc, tuổi Tuất nên tránh chủ quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/9/2026: Tuổi Tỵ vận trình khởi sắc, tuổi Tuất nên tránh chủ quan

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 9/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.