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
Xây dựng văn hóa trên không gian số cần sự chung tay của nhiều cấp, ngành

Xây dựng văn hóa trên không gian số cần sự chung tay của nhiều cấp, ngành

Cục Phát thanh, truyền hình và Thông tin điện tử (Bộ VHTTDL) vừa tổ chức Hội nghị phổ biến Bộ Quy tắc ứng xử văn hoá trên môi trường số, tại TP. Hồ Chí Minh; đồng thời ra mắt sáng kiến “Chung tay xây dựng môi trường văn hoá trên mạng” và giới thiệu Cổng thông tin điện tử, cơ sở dữ liệu về nhà sáng tạo nội dung số và quảng cáo trực tuyến Việt Nam.
VinFast bổ sung xe máy điện có thể đổi pin giá dưới 15 triệu đồng

VinFast bổ sung xe máy điện có thể đổi pin giá dưới 15 triệu đồng

VinFast vừa bổ sung phiên bản Flazz Max vào phân khúc xe máy điện phổ thông với giá 14,99 triệu đồng. Mẫu xe mới được nâng cấp động cơ, pin LFP tháo rời và hỗ trợ đổi pin tại trạm, nhưng lại rẻ hơn mẫu Flazz giá rẻ hiện tại khoảng 2 triệu đồng.
Gần 100 tài năng Robotics sôi nổi tranh tài tại STEAMCUP ASIA 2026

Gần 100 tài năng Robotics sôi nổi tranh tài tại STEAMCUP ASIA 2026

Ngày 30/5, vòng Chung kết STEAMCUP ASIA 2025-2026 chính thức diễn ra tại Trường Phổ thông Liên cấp Đa Trí Tuệ (MIS), Hà Nội, với sự tham gia tranh tài của gần 100 thí sinh xuất sắc nhất đến từ 47 cơ sở giáo dục trong nước và quốc tế.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/5/2026: Tuổi Tý giảm niềm vui, tuổi Tỵ cát khí lan tràn

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/5/2026: Tuổi Tý giảm niềm vui, tuổi Tỵ cát khí lan tràn

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 29/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Ba yếu tố quyết định thành công của mạng công nghiệp thời AI

Ba yếu tố quyết định thành công của mạng công nghiệp thời AI

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra cuộc chuyển đổi sâu rộng trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên, phía sau những dây chuyền tự động hóa hiện đại hay các hệ thống điều khiển thông minh là một yếu tố mang tính quyết định: hạ tầng mạng công nghiệp. Nếu mạng lưới không đủ mạnh, tham vọng AI trong nhà máy có thể nhanh chóng bị đình trệ.
KHCN trong nông nghiệp: Chuyển từ tư duy

KHCN trong nông nghiệp: Chuyển từ tư duy 'làm đề tài' sang 'tạo sản phẩm'

Khi nông nghiệp Việt Nam bước vào giai đoạn phát triển xanh, giảm phát thải và cạnh tranh bằng chất lượng thay vì sản lượng, khoa học công nghệ (KHCN) đang đứng trước yêu cầu đổi mới mạnh mẽ. Không chỉ dừng ở nghiên cứu hàn lâm hay hoàn thành các đề tài nghiệm thu, KHCN phải tạo ra sản phẩm cụ thể, có khả năng thương mại hóa và giải quyết trực tiếp bài toán của doanh nghiệp, người dân và thị trường.
Muốn có công nghệ lõi, nghiên cứu cơ bản phải được nuôi dưỡng trong một hệ sinh thái đổi mới hoàn chỉnh

Muốn có công nghệ lõi, nghiên cứu cơ bản phải được nuôi dưỡng trong một hệ sinh thái đổi mới hoàn chỉnh

Những chỉ đạo mới đây của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm về phát triển khoa học công nghệ tiếp tục khẳng định vai trò nền tảng của nghiên cứu cơ bản đối với việc hình thành công nghệ lõi. Theo TS. Đỗ Nguyên Hưng - Tổng Thư ký Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA), nghiên cứu cơ bản sẽ khó tạo ra những đột phá nếu tồn tại một cách biệt lập. Điều quan trọng là phải xây dựng được một hệ sinh thái đổi mới sáng tạo hoàn chỉnh, nơi Nhà nước kiến tạo cơ chế, doanh nghiệp đặt bài toán thực tiễn, viện trường cung cấp tri thức và hội nghề nghiệp đóng vai trò kết nối.
Đại học Công nghiệp Hà Nội bổ nhiệm Giám đốc mới

Đại học Công nghiệp Hà Nội bổ nhiệm Giám đốc mới

PGS.TS. Kiều Xuân Thực vừa được Bộ Công Thương bổ nhiệm giữ chức Giám đốc Đại học Công nghiệp Hà Nội, trở thành người đứng đầu đầu tiên của nhà trường sau khi chuyển đổi từ mô hình trường đại học sang đại học và thực hiện chủ trương "nhất thể hóa" trong quản trị đại học.
Chương trình "Mãnh liệt vì Tương lai xanh" hướng tới hệ thống giao thông thông minh không phát thải

Chương trình "Mãnh liệt vì Tương lai xanh" hướng tới hệ thống giao thông thông minh không phát thải

Nhằm đồng hành cùng mục tiêu Net Zero của Việt Nam, hướng tới một hệ thống giao thông thông minh không phát thải, thời gian qua, VinFast đã có nhiều chương trình ưu đãi cho khách hàng mua/đổi xe điện trong hệ thống. “Mãnh liệt vì Tương lai xanh” là một trong những chương trình lớn nhất của VinFast trong năm 2026, áp dụng trên quy mô toàn quốc, với khách hàng mua xe điện Vinfast (bao gồm xe máy điện và ô tô điện).
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: LPBank vào Top 10 ĐHĐCĐ tiêu biểu 2026

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: LPBank vào Top 10 ĐHĐCĐ tiêu biểu 2026

Tuần qua đã có nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh: Sacombank thu giữ 507 bất động sản của LDG vì nợ xấu; LPBank vào Top 10 ĐHĐCĐ tiêu biểu 2026; BIDV gây chú ý với đợt tuyển dụng giới hạn tuổi dưới 24...
vn-web
song-gia-tri
gao-doc