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
Hành trình "nhặt sao", "thắp trời" của CLB Sách THPT Chuyên Nguyễn Huệ

Hành trình "nhặt sao", "thắp trời" của CLB Sách THPT Chuyên Nguyễn Huệ

Hưởng ứng Ngày Sách và Văn hóa đọc Việt Nam 21/4, CLB BOOKERY OF CNH - CLB Sách của trường THPT chuyên Nguyễn Huệ đã tổ chức sự kiện quyên góp kết hợp từ thiện với mong muốn xây dựng một thư viện nhỏ cho các em học sinh còn nhiều khó khăn tại trường TH và THCS Hữu Liên (Lạng Sơn).
"Nhật Chiếu": Trạm dừng của học sinh Hà Nội gieo mầm văn chương cho trẻ em khó khăn

"Nhật Chiếu": Trạm dừng của học sinh Hà Nội gieo mầm văn chương cho trẻ em khó khăn

Giữa cái nắng oi ả của những ngày đầu tháng sáu, không gian tại Trung tâm Công tác xã hội và Quỹ bảo trợ trẻ em cơ sở 2 tại huyện Đông Anh, Hà Nội bỗng trở nên rộn ràng và ngập tràn ấm áp khí hơn bao giờ hết.
Chuẩn hóa dữ liệu và AI: hành động mở đường cho thế hệ doanh nghiệp tự vận hành mới

Chuẩn hóa dữ liệu và AI: hành động mở đường cho thế hệ doanh nghiệp tự vận hành mới

Trước áp lực tối ưu chi phí và nâng cao tốc độ ra quyết định, mô hình “doanh nghiệp tự vận hành” đang trở thành đích đến tiếp theo của chuyển đổi số. Tại workshop diễn ra ngày 05/06/2026 tại TP. Hồ Chí Minh, các chuyên gia đã cùng mổ xẻ bài toán cộng hưởng giữa chuẩn hóa dữ liệu, công nghệ IDP và thế hệ AI hành động (AI Agent).
Doanh nghiệp nhỏ tìm lời giải cho bài toán vốn và chuyển đổi tài chính số

Doanh nghiệp nhỏ tìm lời giải cho bài toán vốn và chuyển đổi tài chính số

Tiếp cận vốn và chuyển đổi tài chính số tiếp tục là hai thách thức lớn đối với doanh nghiệp nhỏ và vừa (SMEs), hộ kinh doanh trong bối cảnh áp lực cạnh tranh gia tăng và yêu cầu thích ứng với môi trường kinh doanh ngày càng cao. Đây cũng là vấn đề xuyên suốt được đề cập tại hội thảo “Kết nối và tư vấn giải pháp tài chính cho cộng đồng VINASME” diễn ra ngày 05/06/2026 tại TP. Hồ Chí Minh.
Mô phỏng điều khiển quy trình: “Chìa khóa số” nâng cao hiệu quả các dự án tự động hóa

Mô phỏng điều khiển quy trình: “Chìa khóa số” nâng cao hiệu quả các dự án tự động hóa

Trong bối cảnh các nhà máy ngày càng đẩy mạnh chuyển đổi số, mô phỏng điều khiển quy trình đang trở thành công cụ quan trọng nhằm giảm rủi ro, tối ưu vận hành và nâng cao hiệu quả triển khai tự động hóa. Theo các chuyên gia trong lĩnh vực điều khiển quy trình, mô phỏng không còn đơn thuần là bước thử nghiệm kỹ thuật mà đã phát triển thành một nền tảng chiến lược xuyên suốt vòng đời nhà máy.
Thứ trưởng Bùi Hoàng Phương: Chuyển đổi số phải tạo ra cách làm mới, không chỉ số hóa quy trình cũ

Thứ trưởng Bùi Hoàng Phương: Chuyển đổi số phải tạo ra cách làm mới, không chỉ số hóa quy trình cũ

Chuyển đổi số không đơn thuần là đưa các quy trình hiện có lên môi trường số hay đầu tư thêm công nghệ. Theo Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Bùi Hoàng Phương, giá trị cốt lõi của chuyển đổi số nằm ở việc tạo ra những cách làm mới, quy trình mới với hiệu quả vượt trội, từ đó giải quyết các vấn đề thực tiễn của người dân, doanh nghiệp và cơ quan quản lý.
Thị trường chứng khoán ngày 5/6: VN-Index hồi phục nhẹ, thanh khoản sụt giảm

Thị trường chứng khoán ngày 5/6: VN-Index hồi phục nhẹ, thanh khoản sụt giảm

Thị trường chứng khoán khép lại phiên giao dịch ngày 5/6 với diễn biến phân hóa rõ nét khi VN-Index quay lại sắc xanh nhưng đà tăng không lan tỏa, trong bối cảnh thanh khoản suy yếu và dòng tiền tiếp tục giữ trạng thái thận trọng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/6/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu bứt phá trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/6/2026: Tuổi Thìn đón cơ hội mới, tuổi Dậu bứt phá trong công việc

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 6/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Đẩy mạnh quản trị đô thị, chuyển đổi số và an sinh: Những ưu tiên mới của TP. Hồ Chí Minh

Đẩy mạnh quản trị đô thị, chuyển đổi số và an sinh: Những ưu tiên mới của TP. Hồ Chí Minh

Nhà ở xã hội, chuyển đổi số cộng đồng, vận hành bộ máy mới và quản lý tài nguyên là những nội dung nổi bật được các sở, ngành, địa phương thông tin tại họp báo kinh tế - xã hội TP. Hồ Chí Minh diễn ra vào chiều ngày 04/06/2026
Việt Nam vào top điểm đến được yêu thích nhất ASEAN, vượt nhiều quốc gia trong khu vực

Việt Nam vào top điểm đến được yêu thích nhất ASEAN, vượt nhiều quốc gia trong khu vực

Theo khảo sát mới công bố của Viện ISEAS - Yusof Ishak (Singapore), Việt Nam nằm trong nhóm 4 quốc gia ASEAN được người dân khu vực lựa chọn nhiều nhất để du lịch, làm việc và sinh sống. Kết quả phản ánh sức hút ngày càng lớn của Việt Nam trong bối cảnh du lịch và dịch chuyển lao động nội khối đang tăng trưởng mạnh.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc