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
Ước lượng hệ số lấp đầy và độ dẫn nhiệt tương đương của lớp cách điện trong cuộn dây công tắc tơ AC dựa trên nhiệt độ điểm nóng và mạng nơ-ron Bayesian

Ước lượng hệ số lấp đầy và độ dẫn nhiệt tương đương của lớp cách điện trong cuộn dây công tắc tơ AC dựa trên nhiệt độ điểm nóng và mạng nơ-ron Bayesian

Nghiên cứu đề xuất phương pháp sử dụng mạng nơ-ron Bayesian để ước lượng không xâm lấn hệ số lấp đầy và độ dẫn nhiệt tương đương của lớp cách điện trong cuộn dây công tắc tơ AC dựa trên nhiệt độ điểm nóng.
Nhận định phiên giao dịch ngày 20/7: Loại bỏ các cổ phiếu yếu kém về giá

Nhận định phiên giao dịch ngày 20/7: Loại bỏ các cổ phiếu yếu kém về giá

Thị trường chứng khoán khép lại tuần giao dịch với diễn biến kém tích cực khi VN-Index ghi nhận tuần giảm điểm thứ ba liên tiếp, đánh mất mốc tâm lý 1.800 điểm. Trong bối cảnh dòng tiền vẫn thận trọng và khối ngoại duy trì bán ròng, các công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư chủ động cơ cấu danh mục, loại bỏ các cổ phiếu có diễn biến giá yếu và ưu tiên nắm giữ những doanh nghiệp có triển vọng lợi nhuận tích cực.
Cải thiện khả năng bám quỹ đạo của robot di động đa hướng trước nhiễu và bất định bằng điều khiển chế độ trượt kết hợp bộ quan sát Super-Twisting

Cải thiện khả năng bám quỹ đạo của robot di động đa hướng trước nhiễu và bất định bằng điều khiển chế độ trượt kết hợp bộ quan sát Super-Twisting

Robot di động bốn bánh Mecanum được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng chuyển động đa hướng mà không cần thay đổi hướng thân xe.
Bốn nhà cùng hội tụ vì sự phát triển của ngành Tự động hóa Việt Nam

Bốn nhà cùng hội tụ vì sự phát triển của ngành Tự động hóa Việt Nam

Hội nghị Khoa học và Triển lãm quốc tế về Điều khiển và Tự động hóa lần thứ 8 (VCCA 2026 - AT EXPO 2026) diễn ra tại Trường Đại học Quy Nhơn (tỉnh Gia Lai) quy tụ đông đảo nhà khoa học, chuyên gia, doanh nghiệp và sinh viên trong lĩnh vực điều khiển, tự động hóa, robot, AI và công nghệ bán dẫn. Phóng sự ảnh ghi lại những dấu ấn nổi bật xuyên suốt sự kiện, từ khâu đón tiếp đại biểu đến các phiên hội thảo chuyên đề, triển lãm công nghệ và lễ bế mạc.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/7/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi nên cẩn trọng lời ăn tiếng nói

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/7/2026: Tuổi Tý tài lộc khởi sắc, tuổi Mùi nên cẩn 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 20/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
VCCA 2026: Khi sinh viên tự tin bước lên diễn đàn khoa học lớn

VCCA 2026: Khi sinh viên tự tin bước lên diễn đàn khoa học lớn

Không chỉ ghi dấu ấn với 18 sinh viên đến từ nhiều trường đại học trên cả nước là tác giả chính của các báo cáo khoa học, VCCA 2026 còn thu hút đông đảo sinh viên tham dự để lắng nghe, học hỏi và kết nối với các chuyên gia, nhà khoa học trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa. Từ diễn đàn khoa học này, tinh thần nghiên cứu, đổi mới sáng tạo đang được lan tỏa mạnh mẽ tới thế hệ kỹ sư trẻ. Đây cũng là minh chứng cho sức hút ngày càng lớn của VCCA và sự trưởng thành của lực lượng nghiên cứu sinh viên trong các lĩnh vực điều khiển, tự động hóa, trí tuệ nhân tạo và năng lượng xanh, sẵn sàng hội nhập với cộng đồng khoa học trong nước và quốc tế.
Công nghệ chiến lược được hưởng nhiều cơ chế ưu đãi, đặc biệt chưa từng có

Công nghệ chiến lược được hưởng nhiều cơ chế ưu đãi, đặc biệt chưa từng có

Hàng loạt cơ chế, chính sách ưu đãi vượt trội dành cho phát triển công nghệ chiến lược đã được luật hóa, từ ưu đãi thuế đến cơ chế khoán chi, trao quyền tự chủ và thu hút nhân tài. Đây được kỳ vọng sẽ tạo cú hích để Việt Nam từng bước làm chủ công nghệ lõi, công nghệ chiến lược, hiện thực hóa mục tiêu phát triển nền công nghệ tự lực, tự cường.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/7/2026: Tuổi Thìn đón vận may sự nghiệp, tuổi Tỵ cần cẩn trọng khi đưa ra quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/7/2026: Tuổi Thìn đón vận may sự nghiệp, tuổi Tỵ cần cẩn trọng khi đưa ra quyết định

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 19/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
VCCA 2026: Muốn có robot “Made by Vietnam”, phải bắt đầu từ hệ sinh thái vững chắc

VCCA 2026: Muốn có robot “Made by Vietnam”, phải bắt đầu từ hệ sinh thái vững chắc

Các chuyên gia cho rằng, thách thức lớn nhất của ngành robot Việt Nam hiện nay không phải là chế tạo được một sản phẩm, mà là xây dựng hệ sinh thái đủ mạnh để kết nối công nghệ, doanh nghiệp, chính sách và thị trường.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank triển khai chuỗi ưu đãi “Agrigatou” cho chủ thẻ quốc tế JCB

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Agribank triển khai chuỗi ưu đãi “Agrigatou” cho chủ thẻ quốc tế JCB

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: VietinBank 15 năm liên tiếp góp mặt trong Forbes Global 2000; Agribank triển khai chuỗi ưu đãi “Agrigatou” cho chủ thẻ quốc tế JCB; VPBank lập kỷ lục lợi nhuận, tổng tài sản vượt 1,5 triệu tỷ đồng...
vn-web
song-gia-tri