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

vcca2026
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 6/5: VN-Index áp sát mốc 1.900 điểm, rung lắc có thể gia tăng

Nhận định phiên giao dịch ngày 6/5: VN-Index áp sát mốc 1.900 điểm, rung lắc có thể gia tăng

Sau nhịp tăng mạnh, VN-Index đang tiến sát vùng kháng cự tâm lý 1.900 điểm, kéo theo áp lực chốt lời gia tăng và khả năng xuất hiện các nhịp rung lắc trong ngắn hạn. Trong bối cảnh dòng tiền phân hóa, nhà đầu tư được khuyến nghị thận trọng, hạn chế mua đuổi và ưu tiên quản trị rủi ro danh mục.
Đào tạo thế hệ kỹ sư điều khiển quy trình trong kỷ nguyên tự động hóa

Đào tạo thế hệ kỹ sư điều khiển quy trình trong kỷ nguyên tự động hóa

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại ngày càng phụ thuộc vào tự động hóa, nhu cầu về các kỹ sư điều khiển quy trình đang gia tăng nhanh chóng. Tuy nhiên, việc đào tạo nguồn nhân lực cho lĩnh vực này đặt ra nhiều câu hỏi: sinh viên cần học những gì và phương pháp giảng dạy nào sẽ giúp họ sẵn sàng bước vào môi trường công nghiệp thực tế? Nhiều chuyên gia cho rằng việc kết hợp kiến thức nền tảng với trải nghiệm thực hành là chìa khóa để chuẩn bị cho thế hệ kỹ sư điều khiển quy trình tiếp theo.
Motorola Edge 70 Pro bản toàn cầu ra mắt: Thêm camera tiềm vọng 50MP, zoom tới 50x

Motorola Edge 70 Pro bản toàn cầu ra mắt: Thêm camera tiềm vọng 50MP, zoom tới 50x

Sau khi trình làng tại Ấn Độ, Motorola tiếp tục giới thiệu phiên bản toàn cầu của Edge 70 Pro với nâng cấp đáng chú ý ở hệ thống camera, bổ sung ống kính tiềm vọng 50MP hỗ trợ zoom tới 50x cùng nhiều tính năng mới như sạc không dây.
12 triệu lượt khách, doanh thu hàng chục nghìn tỷ đồng: Du lịch Việt Nam lập kỷ lục dịp lễ

12 triệu lượt khách, doanh thu hàng chục nghìn tỷ đồng: Du lịch Việt Nam lập kỷ lục dịp lễ

Hàng loạt địa phương từ đô thị lớn đến vùng di sản, miền núi đều ghi nhận lượng khách tăng cao trong kỳ nghỉ lễ 2026. Sự lan tỏa đồng đều cho thấy sức hút mạnh mẽ của du lịch nội địa và quốc tế.
Thị trường chứng khoán ngày 5/5: Nhóm Vingroup và dầu khí dẫn dắt thị trường

Thị trường chứng khoán ngày 5/5: Nhóm Vingroup và dầu khí dẫn dắt thị trường

Phiên giao dịch ngày 5/5 khép lại với diễn biến tích cực khi VN-Index tăng mạnh hơn 20 điểm, tiến sát vùng tâm lý 1.900 điểm, nhờ lực kéo chủ đạo từ nhóm cổ phiếu Vingroup và sự nhập cuộc của dòng tiền vào nhóm dầu khí về cuối phiên.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/5/2026: Tuổi Dậu gặp nhiều điều thuận lợi, tuổi Tỵ vướng tranh chấp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/5/2026: Tuổi Dậu gặp nhiều điều thuận lợi, tuổi Tỵ vướng tranh chấp

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 6/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Bộ GD&ĐT yêu cầu chú trọng chuyển đổi số trong tuyển sinh đại học, cao đẳng năm 2026

Bộ GD&ĐT yêu cầu chú trọng chuyển đổi số trong tuyển sinh đại học, cao đẳng năm 2026

Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) vừa ban hành văn bản hướng dẫn tuyển sinh đại học, tuyển sinh cao đẳng năm 2026, áp dụng thống nhất trên Hệ thống hỗ trợ tuyển sinh chung. Trong đó, chú trọng chuyển đổi số, thực hiện đăng ký xét tuyển trực tuyến; tăng cường yêu cầu về tính chủ động và trách nhiệm của thí sinh.
Học tăng cường PPO để điều khiển mượt mà xe hai bánh

Học tăng cường PPO để điều khiển mượt mà xe hai bánh

Bài báo này đề xuất một phương pháp học tăng cường (RL) để cải thiện khả năng theo dõi quỹ đạo ở robot di động hai bánh, vốn khó điều khiển do động lực học phi tuyến và các ràng buộc không toàn phương.
Vinamilk báo doanh thu Quý 1 năm 2026 tăng 24,6% so với cùng kỳ

Vinamilk báo doanh thu Quý 1 năm 2026 tăng 24,6% so với cùng kỳ

Kết quả kinh doanh quý 1 năm 2026 của Vinamilk tăng trưởng tích cực so với cùng kỳ năm ngoái nhờ doanh thu nội địa tăng trưởng tốt trở lại sau khi tái định vị thương hiệu, cấu trúc lại hệ thống phân phối và các sản phẩm mới tiên phong xu hướng tiêu dùng. Trong khi đó, doanh thu từ thị trường nước ngoài, xuất khẩu vẫn tăng trưởng ổn định trong bối cảnh biến động khu vực Trung Đông.
Ninh Bình: Bảo tồn di sản văn hóa phi vật thể quốc gia - Lễ hội chùa Long Đọi Sơn

Ninh Bình: Bảo tồn di sản văn hóa phi vật thể quốc gia - Lễ hội chùa Long Đọi Sơn

Chùa Long Đọi Sơn tọa lạc trên núi Đọi linh thiêng, thuộc phường Tiên Sơn, tỉnh Ninh Bình. Ngôi chùa được xây dựng trên đỉnh núi Đọi, trong khuôn viên 2ha vườn rừng. Hằng năm, Lễ hội chùa Long Đọi Sơn được tổ chức từ ngày 18-21/3 âm lịch, với các nghi lễ truyền thống và nhiều hoạt động văn hóa, văn nghệ, thể thao.
vn-web
song-gia-tri