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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2025: Tuổi Hợi dễ căng thẳng, tuổi Dần vận tài lộc hanh thông

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/10/2025: Tuổi Hợi dễ căng thẳng, tuổi Dần vận tài lộc hanh thông

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 21/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 20/10: VN Index lao dốc gần 95 điểm, hàng loạt mã ngả sàn

Thị trường chứng khoán ngày 20/10: VN Index lao dốc gần 95 điểm, hàng loạt mã ngả sàn

Thị trường chứng kiến cú “trượt chân” lớn nhất kể từ sau cú sốc thuế quan hồi tháng 4. Theo đó, VN Index giảm gần 95 điểm về 1.636 điểm khi có tới 325 mã giảm, trong đó có 108 mã giảm sàn. Mọi mốc hỗ trợ mạnh đều bị phá vỡ một cách dễ dàng khiến tâm lý nhà đầu tư bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Kỷ nguyên mới cho đo lường chính xác trong sản xuất thông minh

Kỷ nguyên mới cho đo lường chính xác trong sản xuất thông minh

Trong bối cảnh sản xuất công nghiệp ngày càng yêu cầu tốc độ và độ chính xác cao, hãng công nghệ đo lường đến từ Thụy Sĩ Kistler vừa giới thiệu hệ thống nối tốc độ cao NCFQ 2166A, kết hợp giữa động cơ tuyến tính trực tiếp LinMot và cảm biến lực – gia tốc áp điện. Giải pháp này được xem là bước đột phá trong lĩnh vực đo lường và tự động hóa, đặc biệt cho các ngành y tế, điện tử và chất bán dẫn, nơi đòi hỏi chất lượng và tính ổn định tuyệt đối.
Nhận định phiên giao dịch ngày 20/10: Tìm cơ hội ở các cổ phiếu hưởng lợi từ chính sách vĩ mô

Nhận định phiên giao dịch ngày 20/10: Tìm cơ hội ở các cổ phiếu hưởng lợi từ chính sách vĩ mô

Sau nhịp điều chỉnh mạnh, thị trường chứng khoán được dự báo tiếp tục rung lắc trong phiên 20/10. Giới phân tích khuyến nghị nhà đầu tư nên chọn lọc cổ phiếu hưởng lợi từ chính sách vĩ mô và có kết quả kinh doanh quý III tích cực.
Vinamilk gia nhập nhóm 5% thương hiệu mạnh nhất toàn cầu

Vinamilk gia nhập nhóm 5% thương hiệu mạnh nhất toàn cầu

Lần đầu tiên có chỉ số sức mạnh thương hiệu vượt ngưỡng 90 điểm – xếp hạng AAA+, Vinamilk được Brand Finance đánh giá có sức mạnh thương hiệu cao hơn cả top 3 thương hiệu sữa có giá trị cao nhất hành tinh và vào nhóm 5% thương hiệu mạnh nhất thế giới. Với dấu ấn nổi bật này, Vinamilk đã trở thành thương hiệu sữa đứng thứ 3 thế giới về sức mạnh thương hiệu và được mời tham gia chuyên mục spotlight toàn cầu của Brand Finance.
Chính phủ ban hành Nghị định mới về ưu đãi cho nhà khoa học và kỹ sư trẻ tài năng

Chính phủ ban hành Nghị định mới về ưu đãi cho nhà khoa học và kỹ sư trẻ tài năng

Những nhà khoa học và kỹ sư trẻ dưới 35 tuổi sẽ có thêm cơ hội phát triển sự nghiệp khi Chính phủ ban hành Nghị định 263/2025/NĐ-CP, mở rộng nhiều chính sách ưu đãi vượt trội nhằm thu hút, bồi dưỡng và trọng dụng nhân tài trong lĩnh vực khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo.
Apple ra mắt Magic Keyboard màu đen dành riêng cho iPad Air

Apple ra mắt Magic Keyboard màu đen dành riêng cho iPad Air

Apple bất ngờ bổ sung phiên bản Magic Keyboard màu đen cho iPad Air - thay đổi nhỏ nhưng đầy sức hút, mang đến diện mạo mới hiện đại và mạnh mẽ hơn cho thiết bị được xem là “chiếc laptop mini” trong hệ sinh thái Apple.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/10/2025: Tuổi Dần đón vận may tài lộc, Tuổi Thìn thời vận chưa hanh thông

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/10/2025: Tuổi Dần đón vận may tài lộc, Tuổi Thìn thời vận chưa hanh thông

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 20/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
[E-Magazine] Cảm biến - AI - Điều khiển số: Ba trụ cột của công nghiệp thông minh

[E-Magazine] Cảm biến - AI - Điều khiển số: Ba trụ cột của công nghiệp thông minh

Thế giới đang chuyển mình dưới làn sóng tự động hóa thế hệ mới, nơi cảm biến, trí tuệ nhân tạo và hệ thống điều khiển trở thành nền tảng vận hành của mọi ngành công nghiệp. Từ Ulsan đến Copenhagen, từ Maharashtra đến Hà Nội, bản đồ năng lượng và sản xuất đang được vẽ lại.
Công nghệ chỉnh gen có thể tạo bứt phá trong ngành nông nghiệp

Công nghệ chỉnh gen có thể tạo bứt phá trong ngành nông nghiệp

Xây dựng hành lang pháp lý cho công nghệ chỉnh sửa gen - lĩnh vực được xem là động lực mới của nông nghiệp Việt Nam trong kỷ nguyên đổi mới sáng tạo đang được nhiều nhà khoa học, doanh nghiệp và các nhà quản lý.
song-gia-tri