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
Nhận định phiên giao dịch ngày 13/7: Thận trọng, hạn chế bắt đáy

Nhận định phiên giao dịch ngày 13/7: Thận trọng, hạn chế bắt đáy

Sau hai phiên giảm liên tiếp, VN-Index đã đánh mất mốc 1.830 điểm trong bối cảnh thanh khoản duy trì ở mức thấp và tâm lý nhà đầu tư vẫn thận trọng. Các chuyên gia cho rằng rủi ro ngắn hạn đang gia tăng, khuyến nghị nhà đầu tư hạn chế bắt đáy và chờ thị trường kiểm định vùng hỗ trợ quan trọng trước khi giải ngân.
Cộng đồng VNV sơ kết hoạt động và vinh danh các tấm gương thiện nguyện tiêu biểu toàn quốc

Cộng đồng VNV sơ kết hoạt động và vinh danh các tấm gương thiện nguyện tiêu biểu toàn quốc

Sự kiện quy tụ hơn 200 thủ lĩnh, câu lạc bộ, đội, nhóm thiện nguyện từ khắp ba miền đất nước, đánh dấu chặng đường gần một thập kỷ bền bỉ kết nối yêu thương và chính thức ra mắt Mạng lưới Hội viên VNV hướng tới kỷ nguyên phát triển bền vững.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/7/2026: Tuổi Tuất công việc bứt phá, tuổi Mão cần cân nhắc chuyện tiền bạc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 13/7/2026: Tuổi Tuất công việc bứt phá, tuổi Mão cần cân nhắc chuyện tiền bạc

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 13/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Cùng cỡ 27 inch nhưng giá chênh mạnh: nên trả thêm tiền cho tính năng nào?

Cùng cỡ 27 inch nhưng giá chênh mạnh: nên trả thêm tiền cho tính năng nào?

Cùng là màn cỡ 27 inch, nhưng giá bán có thể chênh đáng kể vì khác độ phân giải, tấm nền, tần số quét, chân đế và cổng kết nối. Hiểu đúng các khoản “đáng trả thêm” sẽ giúp người mua chọn hợp nhu cầu hơn, tránh mua thiếu hoặc mua dư.
10 trục trặc thường gặp và cách xử lý khi ô tô điện vận hành trên đường

10 trục trặc thường gặp và cách xử lý khi ô tô điện vận hành trên đường

Xe ô tô điện đang bước rất nhanh vào đời sống giao thông. Chúng êm hơn, ít bộ phận cơ khí chuyển động hơn, không có động cơ đốt trong, không cần thay dầu máy, không có ống xả, ly hợp hay hệ thống nhiên liệu phức tạp. Vì vậy, về nguyên lý, xe điện có thể giảm đáng kể nhiều hỏng hóc quen thuộc của xe xăng, xe dầu.
"Chìa khóa" để xây dựng nhà máy thông minh hay thách thức mới của doanh nghiệp?

"Chìa khóa" để xây dựng nhà máy thông minh hay thách thức mới của doanh nghiệp?

Chuyển đổi số đang thúc đẩy các doanh nghiệp sản xuất đầu tư mạnh vào AI, IIoT, điện toán biên và mạng 5G riêng. Tuy nhiên, nhiều chuyên gia cho rằng rào cản lớn nhất không nằm ở công nghệ mà ở việc kết nối hai thế giới vốn hoạt động tách biệt: Công nghệ thông tin (IT) và Công nghệ vận hành (OT). Chỉ khi hai lĩnh vực này thực sự hội tụ, nhà máy thông minh mới có thể phát huy tối đa hiệu quả.
AutoTech Cafe kỳ 2: Kết nối hệ sinh thái tự động hóa - cơ khí - điện - IoT - AI hướng tới sản xuất thông minh

AutoTech Cafe kỳ 2: Kết nối hệ sinh thái tự động hóa - cơ khí - điện - IoT - AI hướng tới sản xuất thông minh

Trong bối cảnh chuyển đổi số và phát triển sản xuất thông minh đang trở thành xu hướng tất yếu của ngành công nghiệp, việc xây dựng hệ sinh thái kết nối giữa doanh nghiệp công nghệ, đơn vị tích hợp hệ thống, cơ sở đào tạo và các chuyên gia được xem là yếu tố quan trọng nhằm thúc đẩy đổi mới sáng tạo. Diễn đàn AutoTech Cafe kỳ 2, diễn ra ngày 11/7 tại TP. Hồ Chí Minh là không gian kết nối, chia sẻ các giải pháp mới trong lĩnh vực tự động hóa, cơ khí, điện, IoT và trí tuệ nhân tạo (AI), góp phần hỗ trợ doanh nghiệp nâng cao năng lực cạnh tranh trong kỷ nguyên sản xuất số.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: HDBank triển khai nhiều ưu đãi tài chính dành cho doanh nghiệp

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: HDBank triển khai nhiều ưu đãi tài chính dành cho doanh nghiệp

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 bổ nhiệm ông Loic Faussier làm Tổng Giám đốc; HDBank triển khai nhiều ưu đãi tài chính dành cho doanh nghiệp; VPBank vào Top 10 doanh nghiệp xanh nhờ thúc đẩy tài chính bền vững...
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/7/2026: Tuổi Mùi quý nhân nâng đỡ, tuổi Dậu cần tránh chủ quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 12/7/2026: Tuổi Mùi quý nhân nâng đỡ, tuổi Dậu cần tránh chủ quan

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 12/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Vì sao nhiều dự án nhà máy thông minh thất bại?

Vì sao nhiều dự án nhà máy thông minh thất bại?

Các doanh nghiệp sản xuất đang đầu tư mạnh vào AI, IIoT, MES hay phân tích dữ liệu với kỳ vọng nâng cao hiệu quả vận hành. Thế nhưng, không ít dự án nhà máy thông minh chỉ thành công trong giai đoạn thử nghiệm rồi nhanh chóng mất động lực khi đưa vào sản xuất thực tế. Theo các chuyên gia, nguyên nhân cốt lõi không phải do công nghệ mà xuất phát từ tư duy triển khai và mức độ sẵn sàng của tổ chức.
vn-web
song-gia-tri