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
Kỳ 5: VinFast và bài học công nghiệp Việt Nam

Kỳ 5: VinFast và bài học công nghiệp Việt Nam

Một chiếc xe điện khi lăn bánh trên phố được coi là sản phẩm tiêu dùng. Nhưng ở tầng sâu hơn, nó là bản tổng phổ của một nền công nghiệp ô tô gồm thân vỏ, pin, điện tử công suất, phần mềm, dây chuyền, tiêu chuẩn, chuỗi cung ứng và năng lực học hỏi dưới áp lực toàn cầu. VinFast, vì thế, không chỉ bán xe. Nó đặt ra một câu hỏi khó về tầm vóc công nghiệp Việt Nam.
Hà Nội rộn ràng trước thềm 2/9: Sân khấu ngoài trời, triển lãm ảnh, chiếu phim và loạt không gian sáng tạo

Hà Nội rộn ràng trước thềm 2/9: Sân khấu ngoài trời, triển lãm ảnh, chiếu phim và loạt không gian sáng tạo

Hướng tới kỷ niệm 81 năm Quốc khánh, Hà Nội liên tục tổ chức các chương trình nghệ thuật, chiếu phim, triển lãm, trưng bày sách báo và không gian sáng tạo, trải rộng từ khu vực trung tâm đến nhiều xã, phường.
Hạt sáng mùa Vu Lan báo hiếu

Hạt sáng mùa Vu Lan báo hiếu

Bên Vườn Táo Cổ ven sông Hồng, đêm Vu Lan trở thành cuộc hội ngộ của trà Việt, âm nhạc, thi ca và những nghi thức tri ân. Hoa đăng theo dòng nước, ánh đèn mang theo lời nguyện ước, còn chén trà đưa người dự trở về với chữ Hiếu, nguồn cội và những giá trị bền vững của văn hóa Việt.
Công nghiệp công nghệ số tăng tốc, doanh thu tháng 8 đạt hơn 680.000 tỷ đồng

Công nghiệp công nghệ số tăng tốc, doanh thu tháng 8 đạt hơn 680.000 tỷ đồng

Doanh thu công nghiệp công nghệ số tháng 8/2026 ước đạt 680.586 tỷ đồng, tăng 36% so với cùng kỳ năm 2025.
Phú Xuyên

Phú Xuyên 'mở khóa' quản trị trường học bằng dữ liệu và AI

Ngày 28/8/2026, gần 4.000 cán bộ quản lý, giáo viên, nhân viên của ngành Giáo dục bốn xã Phú Xuyên, Phượng Dực, Chuyên Mỹ và Đại Xuyên cùng tham gia chương trình bồi dưỡng trực tiếp kết hợp trực tuyến, khởi động một chiến lược vận hành mới cho năm học 2026-2027.
CNS thúc đẩy hệ sinh thái bán dẫn, đưa nghiên cứu từ phòng lab đến thị trường

CNS thúc đẩy hệ sinh thái bán dẫn, đưa nghiên cứu từ phòng lab đến thị trường

Ngày 28/8, tại TP.Hồ Chí Minh, Tổng Công ty Công nghiệp Sài Gòn - TNHH Một thành viên (CNS) ký kết các biên bản ghi nhớ hợp tác với doanh nghiệp, liên minh phát triển nguồn nhân lực bán dẫn và các trường đại học, mở rộng liên kết trong khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số. Điểm đáng chú ý là định hướng đưa nghiên cứu gắn trực tiếp với bài toán sản xuất, đào tạo nhân lực bán dẫn và từng bước thương mại hóa các sản phẩm công nghệ “Make in Vietnam”.
Hai Phó Chủ tịch VAA tham gia Ban Chấp hành Liên hiệp Hội Việt Nam khóa IX

Hai Phó Chủ tịch VAA tham gia Ban Chấp hành Liên hiệp Hội Việt Nam khóa IX

Sáng 28/8, Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Liên hiệp Hội Việt Nam) chính thức khai mạc tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Hà Nội, với chủ đề “Đoàn kết - Sáng tạo - Đột phá - Phát triển”.
Thị trường chứng khoán ngày 28/8: Thị trường thận trọng trước kỳ nghỉ, SSB tăng trần giữa phiên phân hóa

Thị trường chứng khoán ngày 28/8: Thị trường thận trọng trước kỳ nghỉ, SSB tăng trần giữa phiên phân hóa

VN Index gần như đứng im ở vùng 1.832 điểm khi nhà đầu tư hạn chế hành động trước kỳ nghỉ lễ. Trong bức tranh trầm lắng đó, SSB bất ngờ tăng trần trở thành điểm sáng hiếm hoi của thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/8/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ cần thận trọng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 29/8/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Tỵ 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 29/8/2026 nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Becamex Group liên tiếp lập pháp nhân mới để mở rộng quỹ khu công nghiệp

Becamex Group liên tiếp lập pháp nhân mới để mở rộng quỹ khu công nghiệp

Becamex Group - Tập đoàn phát triển bất động sản khu công nghiệp lớn top đầu cả nước đẩy mạnh lập các pháp nhân mới để triển khai các dự án quy mô lớn.