acecook

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

mca
Tin bài khác
AI Insights: Từ dữ liệu quá khứ đến quyết định của tương lai

AI Insights: Từ dữ liệu quá khứ đến quyết định của tương lai

Trong kỷ nguyên kinh tế số tăng tốc, dữ liệu đã trở thành tài sản cốt lõi của mọi doanh nghiệp. Tuy nhiên, chỉ dữ liệu thôi chưa đủ để tạo lợi thế cạnh tranh. Điều quyết định nằm ở khả năng chuyển hóa dữ liệu thành hành động và trí tuệ nhân tạo (AI) đang trở thành động cơ dẫn dắt sự chuyển đổi đó. Nếu phân tích truyền thống giúp doanh nghiệp hiểu chuyện gì đã xảy ra, thì AI lại mở rộng tầm nhìn: điều gì sẽ xảy ra tiếp theo và tại sao.
Trí tuệ nhân tạo: Giải pháp mới cho khí hậu toàn cầu

Trí tuệ nhân tạo: Giải pháp mới cho khí hậu toàn cầu

Một nghiên cứu mới của Trường Kinh tế London (LSE) và tổ chức Systemiq cho thấy trí tuệ nhân tạo (AI) có thể trở thành nhân tố quan trọng trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu. Theo báo cáo, việc ứng dụng AI đúng cách có thể giúp cắt giảm từ 3,2 đến 5,4 tỷ tấn khí thải nhà kính mỗi năm vào năm 2035.
Nhận định phiên giao dịch ngày 1/12: Tránh mua đuổi, ưu tiên chọn lọc cổ phiếu có diễn biến tích cực

Nhận định phiên giao dịch ngày 1/12: Tránh mua đuổi, ưu tiên chọn lọc cổ phiếu có diễn biến tích cực

VN-Index tiếp tục đi ngang quanh 1.690–1.700 điểm, đà tăng chủ yếu tập trung vào một số cổ phiếu trụ; nhà đầu tư được khuyến nghị giải ngân thận trọng, ưu tiên chọn lọc cổ phiếu thay vì mua đuổi.
Exotic Showcase 2025: Sân chơi thiết kế lần đầu tại PTIT thành công vượt mong đợi

Exotic Showcase 2025: Sân chơi thiết kế lần đầu tại PTIT thành công vượt mong đợi

Diễn ra tại PTIT tối 29/11, Chung kết Exotic Showcase 2025 mang đến không gian sáng tạo đa sắc màu với chủ đề “Imprints of Nature”. Lần đầu tổ chức nhưng cuộc thi thu hút đông đảo thí sinh toàn quốc, khép lại bằng chiến thắng thuyết phục của đội Ba Con Nhái.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/12/2025: Tuổi Mão hôm nay tốt đẹp, tuổi Tỵ vận may về tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/12/2025: Tuổi Mão hôm nay tốt đẹp, tuổi Tỵ vận may về tiền bạc

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 1/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
[E-Magazine] Hành trình từ bóng tối đến ánh sáng của cảm biến quang điện tử

[E-Magazine] Hành trình từ bóng tối đến ánh sáng của cảm biến quang điện tử

Ánh sáng vốn vô hình, nhưng cảm biến quang ‑ điện tử lại biến nó thành ngôn ngữ điện tử và từ đó thế giới xung quanh chúng ta được ghi lại, phân tích, tự điều khiển theo cách chưa từng có. Bài báo này khám phá quá trình hình thành và phát triển của công nghệ “quan sát và cảm nhận” thế giới xung quanh phục vụ cho các mục tiêu khác nhau của nhân loại.
Năm lực lượng đang tái định hình sản xuất hiện đại

Năm lực lượng đang tái định hình sản xuất hiện đại

Ngành sản xuất toàn cầu đang bước vào giai đoạn chuyển đổi sâu rộng, nơi những thay đổi nhỏ hay cải tiến cục bộ không còn đủ để giải quyết các vấn đề ngày càng phức tạp. Khi dây chuyền sản xuất phải vận hành trong môi trường số hóa toàn diện, chịu áp lực về hiệu suất, an toàn và nhân lực, các hệ thống điều khiển truyền thống nhanh chóng bộc lộ giới hạn. Điều này đặt ra yêu cầu cấp bách: phải xây dựng nền tảng công nghệ mới mạnh mẽ, linh hoạt và an toàn hơn.
Chống lừa đảo trực tuyến: Lan tỏa thông điệp

Chống lừa đảo trực tuyến: Lan tỏa thông điệp 'Nhận diện bẫy lừa'

Những phản xạ an toàn được khuyến cáo, đó là không tin tưởng tuyệt đối (kể cả video call), không cài ứng dụng từ liên kết lạ, không chuyển tiền khi chưa xác thực; nhanh tra cứu khi nhận được thông tin đáng ngờ, nhanh ngắt kết nối khi bị đe dọa, nhanh báo cáo cơ quan chức năng khi phát sinh sự cố.
Hà Nội lần đầu triển khai mô hình "Giáo dục STEM - Sở hữu trí tuệ - Khởi nghiệp" theo chuẩn quốc tế

Hà Nội lần đầu triển khai mô hình "Giáo dục STEM - Sở hữu trí tuệ - Khởi nghiệp" theo chuẩn quốc tế

Ngày 28/11/2025, tại Hà Nội, mô hình “Giáo dục STEM, sở hữu trí tuệ và khởi nghiệp đổi mới sáng tạo” lần đầu tiên được triển khai trong lớp học phổ thông theo chuẩn quốc tế của WIPO Academy.
Mở đường chuyển đổi xanh: Từ cam kết Net-Zero đến thị trường các-bon 2029

Mở đường chuyển đổi xanh: Từ cam kết Net-Zero đến thị trường các-bon 2029

Hội thảo “Giải pháp thúc đẩy tiết kiệm năng lượng và chuyển đổi xanh” do Bộ Công Thương tổ chức sáng 28/11 đã thu hút sự quan tâm lớn của cộng đồng doanh nghiệp và chuyên gia. Tại đây, các diễn giả chia sẻ loạt giải pháp công nghệ, điện mặt trời mái nhà và tối ưu hệ thống năng lượng giúp doanh nghiệp giảm chi phí, tăng hiệu quả vận hành và đáp ứng xu thế phát thải thấp.
song-gia-tri