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
Bán tải VinFast VF Wild lộ bản chạy thử: Tối ưu linh kiện cơ điện tử, chờ đợi đột phá từ công nghệ EREV

Bán tải VinFast VF Wild lộ bản chạy thử: Tối ưu linh kiện cơ điện tử, chờ đợi đột phá từ công nghệ EREV

Ngày 6/8, những hình ảnh rò rỉ đầu tiên về nguyên mẫu tiền thương mại của mẫu bán tải điện VinFast VF Wild đã thu hút sự chú ý lớn từ giới chuyên môn khi xuất hiện tại một sự kiện nội bộ.
Ra mắt máy quét sóng milimet giúp kiểm tra hàng hóa không cần tia X

Ra mắt máy quét sóng milimet giúp kiểm tra hàng hóa không cần tia X

Rohde & Schwarz vừa giới thiệu R&S Imager - hệ thống kiểm tra sử dụng sóng milimet (millimeter-wave) có khả năng "nhìn xuyên" qua các loại bao bì thông thường như nhựa, bìa carton và vật liệu composite mà không cần sử dụng tia X. Theo hãng, công nghệ mới mở ra bước tiến quan trọng trong kiểm tra chất lượng, cho phép quan sát cấu trúc bên trong sản phẩm ngay trên dây chuyền sản xuất với tốc độ cao, đồng thời đảm bảo an toàn cho cả sản phẩm và người vận hành.
Phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đáp ứng các ngành công nghệ chiến lược

Phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đáp ứng các ngành công nghệ chiến lược

Phó Thủ tướng Chính phủ Lê Tiến Châu vừa ký Quyết định số 1528/QĐ-TTg ngày 11/8/2026 phê duyệt Chương trình quốc gia phát triển nhân lực trí tuệ nhân tạo đến năm 2030, định hướng đến năm 2035 (Chương trình).
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/8: Chờ VN-Index test lại ngưỡng hỗ trợ quanh mốc 1.720 điểm

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/8: Chờ VN-Index test lại ngưỡng hỗ trợ quanh mốc 1.720 điểm

VN-Index có thể tiếp tục chịu áp lực điều chỉnh trong phiên 14/8 sau khi giảm mạnh 27,55 điểm trong phiên trước. Giới phân tích cho rằng nhà đầu tư nên thận trọng, chờ chỉ số kiểm định vùng hỗ trợ 1.710-1.720 điểm trước khi cân nhắc mở lại vị thế mua.
BSR nâng cấp quản trị rủi ro: Từ chuẩn hóa quy trình đến quản trị dựa trên dữ liệu

BSR nâng cấp quản trị rủi ro: Từ chuẩn hóa quy trình đến quản trị dựa trên dữ liệu

Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) đang triển khai dự án nâng cao mức độ trưởng thành hệ thống quản trị rủi ro, hướng tới xây dựng mô hình quản trị có khả năng định lượng, kết nối dữ liệu và tích hợp sâu vào hoạt động vận hành, qua đó hỗ trợ doanh nghiệp chủ động nhận diện, kiểm soát rủi ro và nâng cao chất lượng ra quyết định.
Gần 300 doanh nghiệp tham gia Triển lãm Quốc tế Vietbuild tại TP. Hồ Chí Minh

Gần 300 doanh nghiệp tham gia Triển lãm Quốc tế Vietbuild tại TP. Hồ Chí Minh

Diễn ra từ ngày12 - 16/8/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, Triển lãm Quốc tế Vietbuild lần thứ 2 đã quy tụ hơn 1.000 gian hàng của gần 300 doanh nghiệp trong và ngoài nước. Các doanh nghiệp đã giới thiệu hàng nghìn sản phẩm, công nghệ mới, công nghệ tiên tiến và các thương hiệu trong lĩnh vực xây dựng, bất động sản, kiến trúc, trang trí nội ngoại thất.
Kết nối cung - cầu, mở rộng cơ hội hợp tác thương mại

Kết nối cung - cầu, mở rộng cơ hội hợp tác thương mại

Ngày 26/8, tại Trung tâm Triển lãm Việt Nam (VEC), Hội Tự động hóa Việt Nam sẽ tổ chức Diễn đàn Đại lý Máy công cụ Việt Nam 2026 với chủ đề “Kết nối & Hợp tác thương mại”, hướng tới tăng cường liên kết giữa nhà sản xuất, nhà phân phối, doanh nghiệp sản xuất và người mua trong lĩnh vực máy công cụ, CNC và tự động hóa.
Đề xuất 6 nhóm chính sách thúc đẩy phát triển công nghiệp văn hóa

Đề xuất 6 nhóm chính sách thúc đẩy phát triển công nghiệp văn hóa

Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch đang lấy ý kiến nhân dân đối với dự thảo Luật Công nghiệp văn hóa nhằm xác định đúng các cơ chế, chính sách mang tính then chốt để tạo khung khổ pháp lý thúc đẩy phát triển công nghiệp văn hóa.
Đổi mới cách triển khai nhiệm vụ công nghệ chiến lược, lấy kết quả làm thước đo

Đổi mới cách triển khai nhiệm vụ công nghệ chiến lược, lấy kết quả làm thước đo

Chương trình khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo quốc gia đặc biệt về công nghệ chiến lược đặt mục tiêu lấy sản phẩm và thương mại hóa làm thước đo hiệu quả, chuyển mạnh từ quản lý theo thủ tục sang quản lý theo kết quả đầu ra, với doanh nghiệp giữ vai trò trung tâm.
Thị trường chứng khoán ngày 13/8: Thất bại trước mốc 1.800, VN Index “rơi” gần 28 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 13/8: Thất bại trước mốc 1.800, VN Index “rơi” gần 28 điểm

Mốc 1.800 điểm tiếp tục trở thành “bức tường” khó vượt khi VN Index tiếp cận mốc này rồi quay đầu giảm gần 28 điểm. Từ nhóm Vin lực bán lan rộng đến ngân hàng, chứng khoán và bất động sản, trong khi thanh khoản tăng mạnh báo hiệu áp lực bán đã thực sự tăng mạnh.