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

ar
Tin bài khác
VNUA xét tuyển hàng nghìn chỉ tiêu các ngành khoa học công nghệ, kỹ thuật và tự động hóa

VNUA xét tuyển hàng nghìn chỉ tiêu các ngành khoa học công nghệ, kỹ thuật và tự động hóa

Năm 2026, Học viện Nông nghiệp Việt Nam (VNUA) tuyển sinh 8.284 chỉ tiêu theo 4 phương thức xét tuyển. Trong đó, Học viện dành hàng nghìn chỉ tiêu tuyển sinh cho các nhóm ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô và Cơ điện tử; Kỹ thuật điện, Điện tử và Tự động hóa; Logistics và Quản lý chuỗi cung ứng; Công nghệ thông tin và Kỹ thuật số,…
Giới doanh nhân Việt Nam dự báo kinh tế sẽ khởi sắc trong năm nay

Giới doanh nhân Việt Nam dự báo kinh tế sẽ khởi sắc trong năm nay

Doanh nhân Việt nam kỳ vọng tình trạng kinh tế của họ sẽ được cải thiện trong 12 tháng tới
AT EXPO 2026 sẽ diễn ra trong tháng 5 tới tại Hà Nội

AT EXPO 2026 sẽ diễn ra trong tháng 5 tới tại Hà Nội

Ngày 14 - 16/5 tới, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) phối hợp với Công ty Cổ phần Hội chợ Triển lãm và Quảng cáo Việt Nam (VIETFAIR) tổ chức Triển lãm Quốc tế Tự động hóa và Công nghệ - AT EXPO 2026 với chủ đề: “Tự động hóa với các công nghệ thông minh trong sản xuất và phát triển bền vững”. AT Expo 2026 sẽ diễn ra tại Cung Văn hóa Hữu nghị, 91 Trần Hưng Đạo, Hà Nội.
Cuộc đua trí tuệ nhân tạo công nghiệp bị bỏ quên

Cuộc đua trí tuệ nhân tạo công nghiệp bị bỏ quên

Trong khi thế giới vẫn say mê với những đột phá của trí tuệ nhân tạo (AI), một câu hỏi quan trọng lại ít được nhắc tới: điều gì xảy ra khi AI gặp sự cố trong môi trường vật lý nơi phần mềm tương tác trực tiếp với máy móc, thiết bị và con người?
Ngày hội non sông và trọng trách trước Nhân dân

Ngày hội non sông và trọng trách trước Nhân dân

Ngày 15/3/2026 vừa qua, 76 triệu cử tri trên mọi miền đất nước đã tham gia bầu cử đại biểu Quốc hội khóa XVI và đại biểu Hội đồng nhân dân các cấp nhiệm kỳ 2026-2031. Đây là sự kiện chính trị trọng đại của đất nước, ngày hội lớn của dân tộc, diễn ra ngay sau thành công của Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/3/2026: Tuổi Mùi nhiều trở ngại, tuổi Thân sự nghiệp vững vàng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/3/2026: Tuổi Mùi nhiều trở ngại, tuổi Thân sự nghiệp vững vàng

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 20/3/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 19/3: Áp lực bán lan rộng, VN Index mất mốc 1.700 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 19/3: Áp lực bán lan rộng, VN Index mất mốc 1.700 điểm

Thị trường ghi nhận diễn biến tiêu cực khi VN Index giảm gần 15 điểm và đánh mất mốc 1.700 điểm. Áp lực bán lan rộng ở nhiều nhóm ngành, trong khi dòng tiền chỉ tập trung cục bộ vào một số cổ phiếu bất động sản.
Nhận định phiên giao dịch ngày 19/3: Chỉ nắm giữ cổ phiếu có nền tảng cơ bản vững chắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 19/3: Chỉ nắm giữ cổ phiếu có nền tảng cơ bản vững chắc

Dù VN-Index vẫn duy trì trên mốc 1.700 điểm sau nhịp hồi phục, thị trường tiếp tục rung lắc mạnh với dòng tiền phân hóa và thanh khoản chưa cải thiện rõ rệt. Trong bối cảnh xu hướng chưa thực sự ổn định, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu có nền tảng cơ bản vững chắc và triển vọng tăng trưởng rõ ràng.
Kỷ nguyên robot thông minh đang tái định nghĩa nhà máy hiện đại

Kỷ nguyên robot thông minh đang tái định nghĩa nhà máy hiện đại

Ngành sản xuất toàn cầu đang bước vào một giai đoạn chuyển đổi sâu rộng khi robot thông minh ngày càng đóng vai trò trung tâm trong dây chuyền sản xuất. Không còn chỉ thực hiện các nhiệm vụ lặp đi lặp lại, robot thế hệ mới được tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI), cảm biến hiện đại và hệ thống kết nối dữ liệu, giúp nâng cao đáng kể hiệu quả, độ chính xác và khả năng thích ứng của hoạt động sản xuất.
Dell bắt tay NVIDIA đưa “siêu máy tính AI” tới doanh nghiệp

Dell bắt tay NVIDIA đưa “siêu máy tính AI” tới doanh nghiệp

Thông qua hợp tác với NVIDIA, Dell Technologies giới thiệu các hệ thống máy trạm AI tích hợp siêu chip thế hệ mới, cho phép xử lý mô hình hàng nghìn tỷ tham số ngay trên máy tính để bàn.
song-gia-tri