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
Đại học Bách khoa Hà Nội ký hợp tác chiến lược với các đại học Nga

Đại học Bách khoa Hà Nội ký hợp tác chiến lược với các đại học Nga

Đại học Bách khoa Hà Nội đã ký kết văn bản hợp tác quan trọng với các trường đại học uy tín của Liên bang Nga trong khuôn khổ Hội nghị Hiệu trưởng các trường đại học Việt Nam - Liên bang Nga lần thứ ba.
Công ty Cổ phần Pacific Land chuẩn bị xây dựng khu công nghệ cao sinh học hàng đầu khu vực

Công ty Cổ phần Pacific Land chuẩn bị xây dựng khu công nghệ cao sinh học hàng đầu khu vực

Trong nhiều năm tới, Hà Nội đặt mục tiêu đẩy mạnh đổi mới sáng tạo, ứng dụng khoa học - công nghệ và phát triển các ngành công nghiệp có giá trị gia tăng cao. Thành phố đặc biệt quan tâm tới các dự án công nghệ cao, công nghệ sinh học và các mô hình phát triển xanh, bền vững, có khả năng tạo động lực mới cho tăng trưởng kinh tế Thủ đô.
Nhà trường và doanh nghiệp kết hợp thúc đẩy phát triển công nghệ chế biến nông sản

Nhà trường và doanh nghiệp kết hợp thúc đẩy phát triển công nghệ chế biến nông sản

Mới đây, Công ty Cổ phần xuất nhập khẩu thương mại Blue Ocean đã ký hợp tác Trường Hóa và Khoa học Sự sống, Đại học Bách khoa Hà Nội, nhằm phát triển công nghệ chế biến nông sản.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/5/2026: Tuổi Sửu tiểu nhân nhòm ngó, tuổi Dậu gặt hái thành công

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/5/2026: Tuổi Sửu tiểu nhân nhòm ngó, tuổi Dậu gặt hái thành công

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 24/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tăng năng lực phòng thủ trước rủi ro AI và hậu lượng tử

Tăng năng lực phòng thủ trước rủi ro AI và hậu lượng tử

Sự phát triển nhanh chóng của AI và công nghệ lượng tử trong tương lai gần, đang đặt ra những thách thức mới đối với các hệ thống bảo mật truyền thống. Nhiều phương thức mã hóa hiện nay có nguy cơ không còn bảo đảm an toàn trước năng lực xử lý của điện toán lượng tử.
Đề xuất tiêu chí thí điểm mô hình đô thị di sản văn hóa

Đề xuất tiêu chí thí điểm mô hình đô thị di sản văn hóa

Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch đang lấy ý kiến đối với dự thảo Nghị định quy định chi tiết một số điều và hướng dẫn thi hành Nghị quyết số 28/2026/QH16 của Quốc hội về phát triển văn hóa Việt Nam. Trong đó, Bộ đề xuất tiêu chí thí điểm mô hình đô thị di sản văn hóa.
Vì sao khả năng phục hồi mạng trở thành yêu cầu sống còn của ngành công nghiệp hiện đại?

Vì sao khả năng phục hồi mạng trở thành yêu cầu sống còn của ngành công nghiệp hiện đại?

Các doanh nghiệp công nghiệp trên thế giới đang đối mặt với một nghịch lý nguy hiểm: hệ thống có thể đáp ứng đầy đủ yêu cầu tuân thủ an ninh mạng nhưng vẫn dễ dàng bị tấn công và tê liệt vận hành. Những sự cố gần đây tại Maroc cho thấy khoảng cách ngày càng lớn giữa “tuân thủ quy định” và “khả năng phục hồi thực sự” của hạ tầng công nghiệp số.
Để di sản về Bác luôn

Để di sản về Bác luôn 'sống' trong lòng công chúng

Mỗi không gian tại Khu Di tích Chủ tịch Hồ Chí Minh tại Phủ Chủ tịch là một câu chuyện có chiều sâu, để từ đó công chúng có thể cảm nhận được tư tưởng, đạo đức và phong cách Hồ Chí Minh một cách tự nhiên và chân thực nhất.
Mô-đun IGBT 1,2kV thế hệ mới, giảm tổn thất biến tần tới 19%

Mô-đun IGBT 1,2kV thế hệ mới, giảm tổn thất biến tần tới 19%

Mitsubishi Electric vừa giới thiệu thế hệ mô-đun IGBT 1,2kV mới nhằm nâng cao hiệu suất cho các hệ thống biến tần công nghiệp. Theo hãng, dòng sản phẩm thế hệ thứ tám này có thể giúp giảm tới 19% tổn thất điện năng, qua đó tối ưu hiệu quả vận hành cho robot công nghiệp, máy công cụ và các hệ truyền động động cơ công suất lớn.
Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để đổi mới toàn diện ngành giáo dục

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo để đổi mới toàn diện ngành giáo dục

Thứ trưởng Lê Quân, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GDĐT) vừa có buổi làm việc với Tập đoàn iFLYTEK và Viện Phát triển chuyển đổi xanh, chuyển đổi số Việt Nam (IGD) về các giải pháp ứng dụng trí tuệ nhân tạo, nhằm thúc đẩy phát triển toàn diện ngành giáo dục số.
vn-web
song-gia-tri