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
Trường THPT Nguyễn Gia Thiều 77 năm miệt mài nuôi dưỡng tài năng cho đất nước

Trường THPT Nguyễn Gia Thiều 77 năm miệt mài nuôi dưỡng tài năng cho đất nước

Trong không khí rộn ràng khai trường của ngày 5/9, thầy và trò Trường THPT Nguyễn Gia Thiều trang trọng tổ chức Lễ Khai giảng năm học 2026-2027, chuẩn bị sẵn sàng tinh thần, trí tuệ bước vào một năm học mới, ghi dấu trên hành trình mới của mái trường 77 năm truyền thống.
Nhiều ông lớn bất động sản nhà ở tiếp tục gia tăng đòn bẩy tài chính

Nhiều ông lớn bất động sản nhà ở tiếp tục gia tăng đòn bẩy tài chính

Trong bối cảnh lãi suất tăng cao, nhiều ông lớn đầu ngành bất động sản nhà ở tiếp tục gia tăng đòn bẩy tài chính nhằm đẩy mạnh đầu tư, hướng đến đón đầu làn sóng mới của thị trường.
Trường Liên cấp Đa Trí Tuệ: Tiếp tục đầu tư đổi mới công nghệ trong giáo dục toàn diện

Trường Liên cấp Đa Trí Tuệ: Tiếp tục đầu tư đổi mới công nghệ trong giáo dục toàn diện

Sáng ngày 5/9, hòa chung không khí khai giảng tưng bừng trên cả nước, Trường Liên cấp Đa Trí Tuệ (MIS) trang trọng tổ chức lễ khai giảng, truyền tải nhiều thông điệp đổi mới giáo dục toàn diện và trường học hạnh phúc nhân ngày đầu năm học mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/9/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Tý nên thận trọng quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/9/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Tý nên thận trọng quyết định

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 6/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
AI “ngốn” điện như thế nào trong sinh hoạt đời thường, điều có thể bạn chưa biết?

AI “ngốn” điện như thế nào trong sinh hoạt đời thường, điều có thể bạn chưa biết?

Một cú click trên điện thoại gần như không để lại dấu vết về điện năng, nhưng phía sau đó có thể là cả hệ thống máy chủ, GPU và làm mát đang hoạt động để trả lời một yêu cầu AI. Vậy làm thế nào dùng đúng, dùng đủ để mỗi kWh điện tạo ra nhiều giá trị hơn?
Trường Tiểu học và THCS Tiên Dương: Khí thế mới cho hành trình gieo tri thức

Trường Tiểu học và THCS Tiên Dương: Khí thế mới cho hành trình gieo tri thức

Sáng 5/9, hòa chung không khí ngày hội khai trường trên cả nước, thầy và trò Trường Tiểu học và Trung học cơ sở Tiên Dương, xã Phúc Thịnh, Hà Nội tưng bừng tổ chức Lễ khai giảng năm học 2026-2027. Tiếng trống khai trường vang lên mở đầu một năm học mới với niềm tin, khí thế và nhiều kỳ vọng.
Thủ tướng Lê Minh Hưng: Giáo dục phải đi trước để kiến tạo tương lai đất nước

Thủ tướng Lê Minh Hưng: Giáo dục phải đi trước để kiến tạo tương lai đất nước

Sáng 5/9, tại tỉnh Lào Cai, Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng dự và phát biểu tại lễ khai giảng năm học 2026-2027 và khánh thành các trường phổ thông nội trú liên cấp tại các xã biên giới đất liền.
Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm gửi ngành giáo dục nhân dịp Khai giảng năm học mới 2026-2027

Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm gửi ngành giáo dục nhân dịp Khai giảng năm học mới 2026-2027

Nhân dịp khai giảng năm học 2026-2027, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đã gửi thư tới ngành giáo dục. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm.
Trường THCS Trần Duy Hưng: Đổi mới để học sinh làm chủ tương lai

Trường THCS Trần Duy Hưng: Đổi mới để học sinh làm chủ tương lai

Sáng 5/9, Trường THCS Trần Duy Hưng, phường Yên Hòa, Hà Nội tổ chức lễ khai giảng năm học 2026-2027 trong không khí trang trọng, phấn khởi. Đồng chí Trần Đức Thắng, Ủy viên Bộ Chính trị, Bí thư Thành ủy Hà Nội dự và chung vui cùng thầy, trò nhà trường.
TP.Hồ Chí Minh bước vào cao điểm 150 ngày hoàn thành kế hoạch tăng trưởng 2 con số

TP.Hồ Chí Minh bước vào cao điểm 150 ngày hoàn thành kế hoạch tăng trưởng 2 con số

Sau 8 tháng năm 2026, kinh tế TP.Hồ Chí Minh tiếp tục duy trì đà tăng trưởng tích cực với nhiều chỉ tiêu đạt mức tăng khá. Công nghiệp, thương mại - dịch vụ, xuất nhập khẩu, thu hút đầu tư nước ngoài và hoạt động doanh nghiệp tiếp tục tạo nền tảng cho mục tiêu tăng trưởng GRDP từ 10% trở lên.