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
Tạo động lực phát triển công nghiệp hỗ trợ ngành hàng không Việt Nam

Tạo động lực phát triển công nghiệp hỗ trợ ngành hàng không Việt Nam

Ngày 4/11, tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia (Hà Nội), Triển lãm và Diễn đàn Công nghiệp Hàng không Việt Nam 2026 (Vietnam Aerospace Forum 2026 - VAF 2026) chính thức khai mạc, quy tụ các hãng hàng không, nhà sản xuất máy bay, doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ, nhà cung cấp công nghệ và đối tác quốc tế.
Thị trường chứng khoán ngày 04/11: Bảng điện tử khoe sắc xanh, sắc tím, VN Index tăng mạnh

Thị trường chứng khoán ngày 04/11: Bảng điện tử khoe sắc xanh, sắc tím, VN Index tăng mạnh

Sau chuỗi phiên điều chỉnh khiến thị trường mất mốc 1.700 điểm, VN Index bất ngờ bứt phá hơn 33 điểm. Hàng loạt cổ phiếu chứng khoán tăng trần, ngân hàng và bất động sản cũng đồng loạt khởi sắc, kéo thanh khoản vọt lên gần 18 nghìn tỷ đồng.
TSDC kiện toàn bộ máy, triển khai năm trụ cột phát triển

TSDC kiện toàn bộ máy, triển khai năm trụ cột phát triển

Trung tâm Tìm kiếm và Phát triển Công nghệ (TSDC) thuộc Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) tổ chức lễ ra mắt trong giai đoạn hoạt động mới, đồng thời công bố thành lập Ban Cố vấn, Hội đồng Khoa học và định hướng triển khai năm đề án trọng điểm về khoa học công nghệ, đào tạo, quan hệ quốc tế, tư vấn quản trị doanh nghiệp và phát triển thị trường.
Việt Nam ra mắt chip bảo mật VGC v1.0

Việt Nam ra mắt chip bảo mật VGC v1.0

Chip bảo mật VGC v1.0 do Ban Cơ yếu Chính phủ và Tập đoàn Công nghiệp - Viễn thông Quân đội (Viettel) phối hợp nghiên cứu, phát triển vừa được công bố, đánh dấu bước tiến trong năng lực thiết kế vi mạch và làm chủ công nghệ mật mã của Việt Nam.
Đổi mới mô hình giáo dục để thích ứng và dẫn dắt sự phát triển AI

Đổi mới mô hình giáo dục để thích ứng và dẫn dắt sự phát triển AI

Sáng 3/11, dự và phát biểu tại Phiên khai mạc Hội thảo Giáo dục trực tuyến toàn cầu năm 2026 với chủ đề "Tái phân bổ trí tuệ: Chuyển đổi giáo dục vì tương lai hợp tác giữa con người và trí tuệ nhân tạo", Phó Thủ tướng Chính phủ Lê Tiến Châu nhấn mạnh cần phải đổi mới mô hình giáo dục để thích ứng và dẫn dắt sự phát triển của trí tuệ nhân tạo.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 05/11/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Sửu cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 05/11/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Sửu cần thận trọng

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 05/11/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
NATIF hỗ trợ tối đa 6%/năm lãi suất vay đổi mới công nghệ

NATIF hỗ trợ tối đa 6%/năm lãi suất vay đổi mới công nghệ

Doanh nghiệp vay vốn đầu tư ứng dụng, chuyển giao và đổi mới công nghệ được NATIF hỗ trợ 50% lãi suất vay, tối đa 6%/năm trong thời gian không quá 5 năm. Hạn cuối tiếp nhận hồ sơ đợt 2/2026 là ngày 16/11.
Nhận định phiên giao dịch ngày 4/11: Canh bán, hạ tỷ trọng khi VN-Index chạm 1.750 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 4/11: Canh bán, hạ tỷ trọng khi VN-Index chạm 1.750 điểm

VN-Index có phiên giảm điểm thứ tư liên tiếp, song đà giảm đã thu hẹp đáng kể so với phiên trước. Thị trường được kỳ vọng có nhịp hồi phục lên vùng kháng cự quanh 1.750 điểm, tạo cơ hội để nhà đầu tư cơ cấu danh mục và hạ tỷ trọng ở những cổ phiếu vi phạm ngưỡng quản trị rủi ro.
Động lực thúc đẩy sản xuất thông minh trong kỷ nguyên Công nghiệp 5.0

Động lực thúc đẩy sản xuất thông minh trong kỷ nguyên Công nghiệp 5.0

Tự động hóa đã trở thành nền tảng quen thuộc trong các nhà máy hiện đại, từ robot hàn, băng chuyền đến hệ thống cảm biến thu thập dữ liệu. Tuy nhiên, bước tiến tiếp theo của ngành sản xuất không đơn thuần là bổ sung thêm máy móc, mà hướng tới xây dựng những hệ thống có khả năng nhận thức, phản hồi và phối hợp thông minh hơn.
Thị trường chứng khoán ngày 03/11: VN Index mất mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm đến nhóm thép

Thị trường chứng khoán ngày 03/11: VN Index mất mốc 1.700 điểm, dòng tiền tìm đến nhóm thép

Dù nhóm thép và một số mã trụ diễn biến khá tích cực nhưng VN Index vẫn đánh mất ngưỡng tâm lý quan trọng 1.700 điểm với áp lực bán của VIC. Thanh khoản teo tóp, còn khối ngoại vẫn miệt mài bán ròng phiên thứ 8 liên tiếp, đã khiến tâm lý nhà đầu tư rất thận trọng.
master