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
Đưa trí tuệ nhân tạo trở thành năng lực bắt buộc trong giáo dục quốc dân

Đưa trí tuệ nhân tạo trở thành năng lực bắt buộc trong giáo dục quốc dân

Chiều 13/7, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) tổ chức cuộc họp lấy ý kiến hoàn thiện Chương trình quốc gia phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đến năm 2030, định hướng đến năm 2035.
Thị trường chứng khoán ngày 14/7: VN-Index hồi phục sau 3 phiên giảm, cổ phiếu PNJ tăng kịch trần

Thị trường chứng khoán ngày 14/7: VN-Index hồi phục sau 3 phiên giảm, cổ phiếu PNJ tăng kịch trần

Thị trường chứng khoán ngày 14/7 ghi nhận diễn biến khởi sắc khi VN-Index đảo chiều tăng hơn 6 điểm, chấm dứt chuỗi ba phiên giảm liên tiếp. Dòng tiền tập trung vào nhóm dầu khí và cổ phiếu PNJ, giúp mã này tăng hết biên độ và trở thành điểm nhấn của thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/7/2026: Tuổi Dậu gặp nhiều may mắn tài lộc, tuổi Thìn cần giữ vững lập trường

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/7/2026: Tuổi Dậu gặp nhiều may mắn tài lộc, tuổi Thìn cần giữ vững lập trường

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 15/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Dữ liệu chất lượng cao - nền tảng giúp rút ngắn chu kỳ phát triển xe điện

Dữ liệu chất lượng cao - nền tảng giúp rút ngắn chu kỳ phát triển xe điện

Trong cuộc đua phát triển xe điện và xe hybrid, lợi thế cạnh tranh không còn đến từ những ý tưởng đột phá đơn thuần mà phụ thuộc ngày càng nhiều vào khả năng thu thập, quản lý và khai thác dữ liệu. Các chuyên gia cho rằng tính toàn vẹn dữ liệu đang trở thành yếu tố quyết định giúp doanh nghiệp rút ngắn thời gian phát triển, giảm rủi ro kỹ thuật và tăng tốc thương mại hóa công nghệ mới.
BIDV Napas Business - giải pháp thanh toán hiệu quả của doanh nghiệp

BIDV Napas Business - giải pháp thanh toán hiệu quả của doanh nghiệp

Vừa ra mắt cách đây không lâu, Thẻ tín dụng doanh nghiệp nội địa BIDV Napas Business đã góp phần làm đa dạng hóa giải pháp tài chính dành cho doanh nghiệp.
Nhiều ngành của Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP.HCM lấy điểm sàn 15

Nhiều ngành của Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP.HCM lấy điểm sàn 15

Trường Đại học Công nghệ Kỹ thuật TP.HCM vừa công bố ngưỡng bảo đảm chất lượng đầu vào (điểm sàn) đối với các ngành, chương trình đào tạo đại học chính quy năm 2026. Năm nay cũng là lần đầu tiên trường triển khai phương thức xét tuyển kết hợp, bên cạnh xét tuyển thẳng và ưu tiên xét tuyển.
Giải pháp robot ứng dụng trí tuệ nhân tạo vật lý

Giải pháp robot ứng dụng trí tuệ nhân tạo vật lý

ABB Robotics và Roche Diagnostics vừa công bố hợp tác chiến lược toàn cầu nhằm phát triển các giải pháp robot ứng dụng trí tuệ nhân tạo vật lý (Physical AI) cho phòng thí nghiệm lâm sàng. Động thái này được kỳ vọng sẽ mở ra thế hệ phòng thí nghiệm thông minh mới, nơi robot không chỉ tự động hóa các công việc lặp lại mà còn thích ứng linh hoạt với môi trường vận hành, góp phần nâng cao hiệu quả chẩn đoán và giảm áp lực thiếu hụt nhân lực.
Ngày 15/10 hằng năm là Ngày Công dân số Việt Nam

Ngày 15/10 hằng năm là Ngày Công dân số Việt Nam

Chính phủ ban hành Nghị quyết số 66.22/2026/NQ-CP về phát triển công dân số. Nghị quyết này có hiệu lực thi hành từ ngày 15/8/2026 đến ngày 28/02/2027.
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/7: Ưu tiên quản trị rủi ro, hạn chế bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/7: Ưu tiên quản trị rủi ro, hạn chế bắt đáy

Sau phiên giảm mạnh nhất trong hơn một tháng, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư tiếp tục duy trì sự thận trọng, ưu tiên quản trị rủi ro và hạn chế bắt đáy khi xu hướng điều chỉnh của thị trường vẫn đang chiếm ưu thế.
Để văn hóa luôn là nền tảng tinh thần, động lực phát triển bền vững của Thủ đô

Để văn hóa luôn là nền tảng tinh thần, động lực phát triển bền vững của Thủ đô

Với truyền thống nghìn năm văn hiến và vai trò của Thủ đô, Hà Nội đang từng bước hiện thực hóa một mô hình phát triển mới – nơi văn hóa không chỉ được gìn giữ, mà còn được “kích hoạt” để tạo ra giá trị mới cho tương lai.
vn-web
song-gia-tri