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

dai-hoi-dang
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/1: Tiếp tục nắm giữ danh mục

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/1: Tiếp tục nắm giữ danh mục

Thị trường chứng khoán điều chỉnh phiên thứ hai liên tiếp nhưng đà giảm được thu hẹp về cuối phiên, cho thấy xu hướng tăng của VN-Index vẫn chưa bị phá vỡ. Dòng tiền bắt đáy hoạt động tại một số nhóm ngành như bảo hiểm, dầu khí và hóa chất, trong khi thanh khoản duy trì ở mức cao. Theo các chuyên gia, nhà đầu tư tiếp tục được khuyến nghị ưu tiên nắm giữ danh mục, chờ vùng giá cao hơn để chốt lời từng phần
Rút ngắn thời gian làm việc Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng

Rút ngắn thời gian làm việc Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng

Chiều 21/1, tại phiên thảo luận ở hội trường, Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng đã quyết nghị rút ngắn thời gian làm việc của Đại hội 1 ngày rưỡi so với dự kiến ban đầu.
Yokogawa tăng vốn đầu tư vào Semantum, củng cố năng lực mô hình hóa dữ liệu và Digital Twin

Yokogawa tăng vốn đầu tư vào Semantum, củng cố năng lực mô hình hóa dữ liệu và Digital Twin

Yokogawa Electric Corporation vừa tăng cường đầu tư vào Semantum Oy (Phần Lan), đưa công ty này trở thành doanh nghiệp liên kết, qua đó thúc đẩy phát triển các công nghệ mô hình hóa dữ liệu và bản sao số phục vụ chuyển đổi số công nghiệp.
Tự chủ công nghệ lõi, công nghệ chiến lược là một cấu phần quan trọng của chủ quyền quốc gia

Tự chủ công nghệ lõi, công nghệ chiến lược là một cấu phần quan trọng của chủ quyền quốc gia

Sáng 21/1, trong phiên thảo luận ở hội trường về các Văn kiện Đại hội XIV của Đảng, Ủy viên Trung ương Đảng, Bí thư Đảng ủy, Bộ trưởng Khoa học và Công nghệ Nguyễn Mạnh Hùng trình bày tham luận về vấn đề “Một số giải pháp đột phá đưa khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số trở thành động lực trung tâm của mô hình tăng trưởng mới, nhanh và bền vững trong kỷ nguyên vươn mình bằng tri thức và công nghệ số, trong đó, đổi mới sáng tạo là cơ chế trung tâm để chuyển tri thức và công nghệ số thành năng suất, giá trị gia tăng và tăng trưởng bền vững”.
Ưu tiên phân bổ nguồn lực cho kết cấu hạ tầng trọng điểm, có tính lan tỏa

Ưu tiên phân bổ nguồn lực cho kết cấu hạ tầng trọng điểm, có tính lan tỏa

Sáng 21/1, trong phiên thảo luận ở hội trường về các Văn kiện Đại hội XIV của Đảng, Ủy viên Trung ương Đảng, Bí thư Đảng ủy, Bộ trưởng Xây dựng Trần Hồng Minh tham luận về đột phá phát triển kết cấu hạ tầng trong kỷ nguyên mới.
Thực hiện chiến lược đối ngoại toàn diện ở tầm cao mới trong kỷ nguyên phát triển thịnh vượng và hùng cường

Thực hiện chiến lược đối ngoại toàn diện ở tầm cao mới trong kỷ nguyên phát triển thịnh vượng và hùng cường

Khẳng định việc xác định đối ngoại hội nhập quốc tế là trọng yếu, thường xuyên xuất phát từ yêu cầu khách quan trước những biến động sâu sắc, phức tạp và khó lường của môi trường quốc tế, đồng chí Nguyễn Mạnh Cường, Thứ trưởng Ngoại giao nhấn mạnh, đây cũng là bước phát triển quan trọng về tư duy, theo đó đối ngoại hội nhập quốc tế trở thành một phương thức quan trọng, một công việc thường xuyên liên tục trong xây dựng và bảo vệ Tổ quốc.
Thị trường chứng khoán ngày 21/1: Nhóm dầu khí ngược dòng, VN Index rút chân phút chót

Thị trường chứng khoán ngày 21/1: Nhóm dầu khí ngược dòng, VN Index rút chân phút chót

Thị trường chịu áp lực bán mạnh trong phần lớn thời gian giao dịch do ảnh hưởng tiêu cực từ thị trường thế giới. Dù lực cầu xuất hiện giúp VN Index rút chân về cuối phiên, trong đó nhóm Dầu khí tăng tốt, chỉ số vẫn đóng cửa trong trạng thái giảm điểm với độ rộng bị sắc đỏ lấn át.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/1/2026: Tuổi Thìn mất phương hướng, tuổi Hợi gặt hái thành công

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/1/2026: Tuổi Thìn mất phương hướng, tuổi Hợi 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 22/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tư duy chiến lược mới trong Báo cáo do Tổng Bí thư Tô Lâm trình Đại hội XIV của Đảng

Tư duy chiến lược mới trong Báo cáo do Tổng Bí thư Tô Lâm trình Đại hội XIV của Đảng

Báo cáo do Tổng Bí thư Tô Lâm trình Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ XIV của Đảng mang nhiều dấu ấn đặc biệt, trong đó đáng chú ý nhất là dấu ấn của một tư duy chiến lược mới, không chỉ nhằm dẫn dắt nhiệm kỳ 2026–2030, mà còn định hình con đường phát triển của đất nước trong một giai đoạn dài hạn hơn - giai đoạn mà Việt Nam đang cháy bỏng khát vọng phát triển mạnh mẽ và bền vững hơn.
Đại hội XIV của Đảng: Xây dựng Chính phủ kiến tạo phát triển, hành động quyết liệt

Đại hội XIV của Đảng: Xây dựng Chính phủ kiến tạo phát triển, hành động quyết liệt

Sáng 21/1, tham luận tại Đại hội XIV với chủ đề: “Xây dựng Chính phủ kiến tạo phát triển, liêm chính, hành động quyết liệt, phục vụ Nhân dân”, Ủy viên Trung ương Đảng, Ủy viên Ban Thường vụ Đảng ủy, Phó Thủ tướng Chính phủ Phạm Thị Thanh Trà nhấn mạnh, nhiệm kỳ 2021-2025 là một nhiệm kỳ đặc biệt khó khăn, chưa từng có tiền lệ.
song-gia-tri