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

ar
Tin bài khác
Hơn 6.500 lượt khách trong ngày khai mạc, Vietnam Expo 2026 lan tỏa sức hút toàn cầu

Hơn 6.500 lượt khách trong ngày khai mạc, Vietnam Expo 2026 lan tỏa sức hút toàn cầu

Với quy mô hơn 500 gian hàng, quy tụ hàng trăm doanh nghiệp trong và ngoài nước, Vietnam Expo 2026 không chỉ là điểm hẹn xúc tiến thương mại thường niên mà còn khẳng định vai trò “bệ phóng” giúp doanh nghiệp Việt mở rộng thị trường, tăng cường kết nối và tham gia sâu hơn vào chuỗi cung ứng toàn cầu.
Du lịch Việt trước bước ngoặt mới: VITM 2026 dẫn dắt xu hướng số hóa và phát triển xanh

Du lịch Việt trước bước ngoặt mới: VITM 2026 dẫn dắt xu hướng số hóa và phát triển xanh

Với chủ đề “Chuyển đổi số & Tăng trưởng xanh - Nâng tầm Du lịch Việt Nam”, Hội chợ Du lịch Quốc tế Việt Nam (VITM) 2026 quy tụ hàng trăm doanh nghiệp trong và ngoài nước, mở ra không gian kết nối, kích cầu du lịch và định hình xu hướng phát triển bền vững cho ngành “công nghiệp không khói”.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/4/2026: Tuổi Tý nhiều may mắn, tuổi Mùi xảy ra mâu thuẫn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 11/4/2026: Tuổi Tý nhiều may mắn, tuổi Mùi xảy ra mâu thuẫn

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 11/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 10/04: Dòng tiền tìm đến nhóm dầu khí và phân bón

Thị trường chứng khoán ngày 10/04: Dòng tiền tìm đến nhóm dầu khí và phân bón

Khép lại phiên giao dịch, thị trường duy trì được đà hồi phục nhưng biên độ tăng đã thu hẹp đáng kể so với mức cao nhất trong phiên. VN Index tăng 13,32 điểm lên 1.750 điểm, trong bối cảnh thanh khoản tiếp tục suy giảm và dòng tiền có dấu hiệu luân chuyển sang các nhóm cổ phiếu chưa tăng mạnh, đặc biệt là dầu khí và phân bón.
Định hướng ngành nhà máy thông minh và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam

Định hướng ngành nhà máy thông minh và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam

Ngày 09/04/2026 tại Trung tâm Đổi mới sáng tạo Quốc gia, tọa đàm “Định hướng ngành nhà máy thông minh và công nghiệp phụ trợ tại Việt Nam” được tổ chức nhằm thúc đẩy đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trong sản xuất. Tọa đàm quy tụ các chuyên gia, doanh nghiệp và tổ chức trong nước, quốc tế, đồng thời là hoạt động trọng tâm chuẩn bị cho chuỗi triển lãm VSE & VHF 2026, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh và vị thế của công nghiệp Việt Nam trong chuỗi giá trị toàn cầu.
Ardingly College Việt Nam và VPBank ra mắt giải pháp tài chính - giáo dục: World Ready

Ardingly College Việt Nam và VPBank ra mắt giải pháp tài chính - giáo dục: World Ready

Ngày 9/4/2026, Công ty Cổ phần Ardingly College Việt Nam phối hợp cùng Ngân hàng TMCP Việt Nam Thịnh Vượng (VPBank) chính thức ra mắt giải pháp liên kết Tài chính - Giáo dục mang tên “World Ready”. Đây được đánh giá là mô hình tiên phong tại Việt Nam, mở ra hướng tiếp cận mới trong việc kết hợp giữa tài chính và giáo dục, giúp phụ huynh chủ động hoạch định tương lai học tập quốc tế cho con em.
Nhận định phiên giao dịch ngày 10/4: Tích lũy quanh vùng 1.750 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 10/4: Tích lũy quanh vùng 1.750 điểm

Phiên giao dịch ngày 9/4 ghi nhận diễn biến điều chỉnh khi áp lực bán gia tăng, kéo VN-Index lùi về dưới mốc 1.750 điểm. Trong bối cảnh thanh khoản suy giảm và khối ngoại tiếp tục bán ròng, thị trường được dự báo sẽ có xu hướng tích lũy quanh vùng này trong các phiên tới.
Việt Nam lần đầu có Chiến lược quốc gia về khởi nghiệp sáng tạo

Việt Nam lần đầu có Chiến lược quốc gia về khởi nghiệp sáng tạo

Chính phủ vừa ban hành Nghị quyết số 86/NQ-CP về Chiến lược quốc gia khởi nghiệp sáng tạo. Theo Bộ KH&CN, đây là lần đầu tiên Việt Nam ban hành một Chiến lược quốc gia riêng về khởi nghiệp sáng tạo.
Bảo mật trong kỷ nguyên AI: Bài toán an ninh mạng toàn cầu

Bảo mật trong kỷ nguyên AI: Bài toán an ninh mạng toàn cầu

Trong bối cảnh trí tuệ nhân tạo (AI) đang phát triển mạnh mẽ và trở thành hạt nhân của nền kinh tế số, vấn đề an toàn an ninh mạng tiếp tục đặt ra những thách thức chưa từng có, khi nó vô tình tạo ra những kẽ hở về bảo mật.
Thị trường chứng khoán ngày 09/04: Áp lực bán mạnh sau phiên bùng nổ, VN Index điều chỉnh hơn 19 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 09/04: Áp lực bán mạnh sau phiên bùng nổ, VN Index điều chỉnh hơn 19 điểm

Sau cú tăng tốc rất mạnh tới gần 80 điểm của phiên trước, phiên 09/04 đã có sự điều chỉnh khi áp lực chốt lời gia tăng ngay từ đầu phiên. Dù VN Index giảm hơn 19 điểm, thanh khoản vẫn duy trì ở mức cao, cho thấy dòng tiền chưa rút lui mà đang tái cơ cấu mạnh giữa các nhóm cổ phiếu.
song-gia-tri