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
Thị trường chứng khoán ngày 8/7: Nhóm chứng khoán hạ nhiệt, dòng tiền xoay trục sang dầu khí và bất động sản

Thị trường chứng khoán ngày 8/7: Nhóm chứng khoán hạ nhiệt, dòng tiền xoay trục sang dầu khí và bất động sản

VN Index tiếp tục hồi phục nhờ lực cầu ở các nhóm dầu khí, phân bón và bất động sản. Tuy nhiên, thanh khoản vẫn chưa đủ mạnh để xác nhận xu hướng tăng mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/7/2026: Tuổi Dần công việc hanh thông, tuổi Thìn cần thận trọng khi hợp tác

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/7/2026: Tuổi Dần công việc hanh thông, tuổi Thìn cần thận trọng khi 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 9/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Khi PLC trở thành mục tiêu của hacker

Khi PLC trở thành mục tiêu của hacker

Trong một nhà máy hiện đại, PLC (Programmable Logic Controller) giống như "bộ não". PLC nhận tín hiệu từ hàng nghìn cảm biến, xử lý theo chương trình điều khiển rồi phát lệnh tới động cơ, van, robot, băng tải, lò nung hay dây chuyền đóng gói. Nếu PLC dừng hoạt động, cả dây chuyền có thể ngừng vận hành chỉ trong vài giây.
Trường Đại học Giao thông Vận tải tuyển sinh mã ngành mới - Kỹ thuật robot

Trường Đại học Giao thông Vận tải tuyển sinh mã ngành mới - Kỹ thuật robot

Trường Đại học Giao thông Vận tải công bố ngưỡng đảm bảo chất lượng đầu vào (điểm sàn) tuyển sinh đại học chính quy năm 2026 đối với các phương thức xét tuyển, đồng thời công bố tuyển sinh mã ngành mới - Kỹ thuật robot.
Cuộc "sàng lọc" lớn của ngành robot công nghiệp đã bắt đầu

Cuộc "sàng lọc" lớn của ngành robot công nghiệp đã bắt đầu

Tiêu chuẩn an toàn robot công nghiệp ISO 10218:2025 không chỉ là một bản cập nhật kỹ thuật mà còn được xem là "tấm vé" để các nhà sản xuất tiếp cận thị trường châu Âu trong những năm tới. Khi các quy định mới chuẩn bị có hiệu lực, khoảng cách giữa những doanh nghiệp đã sẵn sàng và các nhà sản xuất chậm thích ứng ngày càng trở nên rõ rệt.
Thắp sáng niềm đam mê khoa học tại trại hè khoa học lớn nhất trường chuyên Amsterdam

Thắp sáng niềm đam mê khoa học tại trại hè khoa học lớn nhất trường chuyên Amsterdam

Science Camp là trại hè khoa học thường niên dành cho các em nhỏ 6-13 tuổi được tổ chức bởi CLB Society of Open Science - CLB Khoa học lớn nhất trực thuộc trường THPT Chuyên Hà Nội - Amsterdam.
Đại học Công nghiệp Hà Nội giảm 1 điểm sàn ngành Điều khiển và Tự động hóa, mở rộng cơ hội xét tuyển

Đại học Công nghiệp Hà Nội giảm 1 điểm sàn ngành Điều khiển và Tự động hóa, mở rộng cơ hội xét tuyển

Hội đồng tuyển sinh đại học, Đại học Công nghiệp Hà Nội thông báo ngưỡng đảm bảo chất lượng đầu vào (điểm sàn) và quy tắc quy đổi điểm xét tuyển, điểm trúng tuyển của các phương thức xét tuyển đại học chính quy năm 2026.
Thị trường chứng khoán ngày 7/7: VN Index bất ngờ “lội ngược dòng” nhờ cổ phiếu chứng khoán

Thị trường chứng khoán ngày 7/7: VN Index bất ngờ “lội ngược dòng” nhờ cổ phiếu chứng khoán

Áp lực bán có lúc đã khiến VN Index mất 18 điểm, nhưng lực cầu bắt đáy cùng kỳ vọng vào kết quả kinh doanh quý II đã giúp nhóm chứng khoán dẫn dắt thị trường đảo chiều thành công. Tuy nhiên, thanh khoản thấp cho thấy nhà đầu tư vẫn chưa sẵn sàng xuống tiền mạnh.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/7/2026: Tuổi Mão đón cơ hội tài lộc, tuổi Tuất cần tránh nóng vội

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 8/7/2026: Tuổi Mão đón cơ hội tài lộc, tuổi Tuất cần tránh nóng vội

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 8/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tài lộc, tình duyên và sức khỏe.
Gia Lai sẵn sàng cho Hội nghị VCCA 2026

Gia Lai sẵn sàng cho Hội nghị VCCA 2026

Sáng 7/7, cuộc họp trực tuyến giữa các đầu cầu gồm Sở Khoa học và Công nghệ Gia Lai, Trường Đại học Quy Nhơn, Hội Tự động hóa Việt Nam cùng các đơn vị liên quan đã diễn ra nhằm rà soát, kiểm tra các nội dung chuẩn bị cho Hội nghị và Triển lãm quốc tế về điều khiển, Tự động hóa lần thứ 8- VCCA 2026.
vn-web
song-gia-tri