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

tan-hoang-minh
Tin bài khác
Năng lực làm chủ công nghệ: mắt xích quyết định của chuyển đổi số tại TP.Hồ Chí Minh

Năng lực làm chủ công nghệ: mắt xích quyết định của chuyển đổi số tại TP.Hồ Chí Minh

Thông tin được công bố tại họp báo kinh tế - xã hội TP.Hồ Chí Minh ngày 30/7 không chỉ phản ánh bức tranh điều hành của thành phố, mà còn cho thấy một thực tế đáng chú ý: bài toán của chuyển đổi số đang dịch chuyển từ đầu tư thiết bị sang xây dựng năng lực làm chủ công nghệ. Trong đó, nguồn nhân lực, đội ngũ chuyên gia và hạ tầng kết nối đang trở thành những yếu tố quyết định hiệu quả của quá trình tự động hóa.
Gắn trách nhiệm của người đứng đầu về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Gắn trách nhiệm của người đứng đầu về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số

Ủy viên Bộ Chính trị, Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng làm Trưởng Ban Chỉ đạo Trung ương về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/8/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng trước lời mời hợp tác

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 1/8/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi cần thận trọng trước lời mời hợp tác

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 1/8/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 31/7: Nhịp hồi gặp thử thách tại vùng kháng cự, VN Index giảm gần 9 điểm trong phiên cuối cùng tháng 7

Thị trường chứng khoán ngày 31/7: Nhịp hồi gặp thử thách tại vùng kháng cự, VN Index giảm gần 9 điểm trong phiên cuối cùng tháng 7

Áp lực chốt lời sau 3 phiên tăng mạnh cùng hoạt động cơ cấu danh mục của các quỹ ETF đã khiến VN Index quay đầu giảm trong phiên 31/7. Dù thanh khoản vẫn duy trì ở mức cao, lực cung chủ động tại vùng kháng cự cho thấy thị trường cần thêm thời gian để củng cố đà hồi phục.
D’. Diamant Bleu - Phức hợp căn hộ hàng hiệu và liên tháp tài chính quốc tế đầu tiên tại phía Đông Hà Nội

D’. Diamant Bleu - Phức hợp căn hộ hàng hiệu và liên tháp tài chính quốc tế đầu tiên tại phía Đông Hà Nội

Với quy mô hoành tráng, sự kiện "D’. Diamant Bleu Inspirational Event – A Diamond Crafted From The Sky" ngay lập tức đã trở thành tâm điểm của thị trường bất động sản Hà Nội khi quy tụ hơn 1.500 chuyên viên kinh doanh từ gần 30 đơn vị phân phối bất động sản hàng đầu.
Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Lệnh cấm mới cho thấy cuộc cạnh tranh công nghệ Mỹ - Trung leo thang

Chính quyền Tổng thống Donald Trump tuyên bố cấm nhập khẩu robot tiên tiến và bộ biến tần điện mới từ Trung Quốc nhằm bảo vệ thị trường Mỹ.
Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Hoàn thiện pháp quy hạt nhân, tạo nền tảng triển khai chương trình điện hạt nhân quốc gia

Ngày 30/7, tại Quảng Ninh, Bộ Khoa học và Công nghệ phối hợp với UBND tỉnh Quảng Ninh tổ chức Hội nghị Pháp quy hạt nhân toàn quốc lần thứ VII với chủ đề "Kiến tạo thể chế - Bảo đảm an toàn - Dẫn dắt phát triển".
Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

Nhận định phiên giao dịch ngày 31/7: Hạn chế mua mới khi thị trường tiếp tục tăng mạnh

VN-Index ghi nhận phiên tăng thứ ba liên tiếp với mức tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa rộng và thanh khoản cải thiện mạnh. Tuy nhiên, xu hướng đảo chiều vẫn cần thêm tín hiệu xác nhận khi chỉ số đang tiến gần vùng kháng cự quan trọng. Các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư duy trì sự thận trọng, hạn chế mua mới trong các phiên tăng mạnh và cân nhắc hạ tỷ trọng khi thị trường tiếp cận vùng cản.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/7/2026: Tuổi Sửu gặp nhiều cơ hội phát triển, tuổi Tỵ nên thận trọng lời ăn tiếng nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 31/7/2026: Tuổi Sửu gặp nhiều cơ hội phát triển, tuổi Tỵ nên thận trọng lời ăn tiếng nói

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 31/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Thị trường chứng khoán ngày 30/7: VN Index tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa mạnh sau tín hiệu tích cực từ Fed

Thị trường chứng khoán ngày 30/7: VN Index tăng gần 40 điểm, dòng tiền lan tỏa mạnh sau tín hiệu tích cực từ Fed

Quyết định giữ nguyên lãi suất của Fed đã tạo cú hích mạnh cho tâm lý nhà đầu tư, giúp VN Index tăng gần 40 điểm. Thanh khoản vượt mức trung bình, khối ngoại mua ròng trở lại và sắc xanh lan tỏa trên hầu hết các nhóm ngành, đánh dấu phiên giao dịch tích cực nhất trong nhiều tuần.
song-gia-tri