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
Nâng cao năng lực số, ứng dụng trí tuệ nhân tạo cho đoàn viên, thanh niên

Nâng cao năng lực số, ứng dụng trí tuệ nhân tạo cho đoàn viên, thanh niên

Ngày 10-11/10, tại tỉnh Ninh Bình, Đoàn Thanh niên Văn phòng Chính phủ phối hợp với Tập đoàn MISA tổ chức tập huấn ứng dụng AI trong công việc nghiên cứu, tham mưu, tra cứu chuyên môn, truyền thông và thực hành minh họa trên MISA OneAI.
Ba triển lãm quốc tế kết nối chuỗi giá trị sản xuất tại Việt Nam

Ba triển lãm quốc tế kết nối chuỗi giá trị sản xuất tại Việt Nam

Ngày 13/10, tại Hà Nội, ba triển lãm quốc tế MTA Hanoi 2026, ProPak Hanoi 2026 và SemiTronics Vietnam 2026 đồng loạt khai mạc, quy tụ hơn 300 đơn vị trưng bày từ hơn 20 quốc gia và vùng lãnh thổ.
Thị trường chứng khoán ngày 13/10: Thanh khoản vẫn ở mức thấp, chứng khoán thiếu động lực hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 13/10: Thanh khoản vẫn ở mức thấp, chứng khoán thiếu động lực hồi phục

VN Index chỉ mất chưa đến 2 điểm, nhưng sắc đỏ vẫn phủ rộng bảng điện tử khi thị trường bước sang phiên giảm thứ năm liên tiếp. Thanh khoản èo uột và khối ngoại vẫn miệt mài bán ròng khiến kỳ vọng về một nhịp hồi phục sớm thêm phần thận trọng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/10/2026: Tuổi Tỵ đón tin vui công việc, tuổi Mão cần tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/10/2026: Tuổi Tỵ đón tin vui công việc, tuổi Mão cần tránh nóng vội

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 14/10/2026 nhằm dự đoán vận trình công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, giúp bạn có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Kinh tế thị trường trong kỷ nguyên số

Kinh tế thị trường trong kỷ nguyên số

Trong các nền kinh tế, đặc biệt là nền kinh tế thị trường, doanh nghiệp là động lực quan trọng nhất xét về mặt tạo ra giá trị của cải trực tiếp và thúc đẩy tăng trưởng, đồng thời doanh nghiệp cũng là môi trường giải phóng cũng như tích hợp năng lực và sức sáng tạo của nguồn vốn con người vào dây chuyền sản xuất để tạo ra năng suất vĩ mô.
BSR giữa hai thời đại năng lượng

BSR giữa hai thời đại năng lượng

Giữa yêu cầu bảo đảm an ninh năng lượng và sức ép chuyển dịch sang mô hình carbon thấp, Việt Nam không có quyền lựa chọn. Ở góc độ cụ thể hơn, Nhà máy lọc dầu (NMLD) Dung Quất vì thế đang đứng trước bài toán vừa phải giữ vững nguồn cung năng lượng cho nền kinh tế hiện tại và tương lai, vừa phải tạo năng lực công nghệ để không bị mắc kẹt trong cấu trúc năng lượng của ngày hôm qua. BSR đang ở giao điểm đó và đang từng bước chuyển đổi để phù hợp với dòng chảy thời đại.
Trí tuệ nhân tạo đang đi vào từng công việc của ngân hàng

Trí tuệ nhân tạo đang đi vào từng công việc của ngân hàng

AI đang tạo ra một bước chuyển mới trong ngành ngân hàng: từ số hóa giao dịch, tự động hóa quy trình sang trực tiếp hỗ trợ con người trong từng công việc hằng ngày. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay đã có cuộc trao đổi với ông Trần Công Quỳnh Lân - Phó Tổng Giám đốc VietinBank, Giám đốc Khối Công nghệ Thông tin, Giám đốc Khối Dữ liệu & Trí tuệ nhân tạo - về cách AI đang thay đổi phương thức làm việc trong ngân hàng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 13/10: Tránh sử dụng đòn bẩy

Nhận định phiên giao dịch ngày 13/10: Tránh sử dụng đòn bẩy

VN-Index suy yếu rõ rệt khi giảm xuống 1.720,98 điểm trong phiên 12/10, đồng thời đánh mất các ngưỡng trung bình động quan trọng. Trong bối cảnh áp lực bán gia tăng, dòng tiền chưa cải thiện, nhà đầu tư được khuyến nghị ưu tiên quản trị rủi ro, hạ tỷ trọng cổ phiếu khi thị trường hồi phục và tránh sử dụng đòn bẩy tài chính.
Thị trường chứng khoán ngày 12/10: Họ Vin kéo VN Index đi xuống, dòng tiền vẫn dè dặt trước áp lực bán

Thị trường chứng khoán ngày 12/10: Họ Vin kéo VN Index đi xuống, dòng tiền vẫn dè dặt trước áp lực bán

Sức ép từ nhóm cổ phiếu họ Vin khiến VN Index mất hơn 14 điểm ngay trong phiên đầu tuần, bất chấp ngân hàng và thép khởi sắc. Thanh khoản èo uột cùng trạng thái bán ròng của khối ngoại khiến nỗ lực ngược dòng của một số nhóm cổ phiếu chưa thể xoay chuyển cục diện thị trường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/10/2026: Tuổi Thìn công việc khởi sắc, tuổi Dậu cần chú ý tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/10/2026: Tuổi Thìn công việc khởi sắc, tuổi Dậu cần chú ý tài chính

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 13/10/2026 nhằm dự đoán vận trình công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, giúp bạn có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
master