acecook

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

mca
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/10/2025: Tuổi Tý gặp nhiều chuyện đau đầu, Tuổi Tỵ có quý nhân trợ giúp

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/10/2025: Tuổi Tý gặp nhiều chuyện đau đầu, Tuổi Tỵ có quý nhân trợ giúp

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 19/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Herbalife Việt Nam hỗ trợ bữa ăn dinh dưỡng hằng ngày cho hơn 3.000 người có hoàn cảnh khó khăn

Herbalife Việt Nam hỗ trợ bữa ăn dinh dưỡng hằng ngày cho hơn 3.000 người có hoàn cảnh khó khăn

– Herbalife Việt Nam, một trong những công ty hàng đầu về sức khỏe và thể chất, đã tổ chức chuỗi chương trình Lễ Tái Ký Kết với các đối tác Casa Herbalife trên toàn quốc. Theo đó, Herbalife Việt Nam sẽ cung cấp hỗ trợ tài chính cho 15 trung tâm Casa Herbalife tại Việt Nam để hỗ trợ bữa ăn hằng ngày cho hơn 3.000 trẻ em và người cao tuổi có hoàn cảnh khó khăn đang được chăm sóc và nuôi dưỡng bởi các đối tác này.
Oppo ra mắt dòng Find X9 với camera nâng cấp và pin silicon-carbon "2 ngày không sạc"

Oppo ra mắt dòng Find X9 với camera nâng cấp và pin silicon-carbon "2 ngày không sạc"

Oppo vừa chính thức giới thiệu dòng điện thoại cao cấp Find X9 với nhiều cải tiến nổi bật, đặc biệt là công nghệ pin silicon-carbon dung lượng hơn 7.000mAh cho thời lượng sử dụng lên đến 2 ngày trong một thiết kế mỏng nhẹ. Khác với các thế hệ tiền nhiệm vốn chỉ ra mắt giới hạn tại một số thị trường châu Á, dòng Find X9 lần này sẽ được Oppo phát hành toàn cầu.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: MB nhận bốn giải thưởng lớn từ Visa

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: MB nhận bốn giải thưởng lớn từ Visa

Tuần qua, 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, chiến lược nhân sự như: NCB tăng tốc, về đích sớm; MB nhận bốn giải thưởng lớn từ Visa; SHB sắp tăng vốn, củng cố vị thế...
Ra mắt "bản đồ nông sản số" tại Tuần lễ Nông sản Việt 2025: Kết nối sản xuất - tiêu dùng trên nền tảng số

Ra mắt "bản đồ nông sản số" tại Tuần lễ Nông sản Việt 2025: Kết nối sản xuất - tiêu dùng trên nền tảng số

Nông sản đặc trưng của 34 tỉnh, thành phố trên cả nước sẽ được giới thiệu trên nền tảng “bản đồ nông sản số” - công cụ tra cứu và kết nối giúp người tiêu dùng, doanh nghiệp dễ dàng tìm hiểu thông tin, nguồn gốc sản phẩm và liên hệ trực tiếp với nhà sản xuất.
Samsung Việt Nam ủng hộ 10 tỷ đồng khắc phục hậu quả bão, lũ

Samsung Việt Nam ủng hộ 10 tỷ đồng khắc phục hậu quả bão, lũ

Hưởng ứng lời kêu gọi của Đoàn Chủ tịch Ủy ban Trung ương MTTQ Việt Nam, Samsung Việt Nam đã ủng hộ 10 tỷ đồng nhằm giúp người dân các tỉnh khắc phục hậu quả do mưa lũ gây ra.
5 đột phá chiến lược đưa KH và CN trở thành động lực chuyển đổi xanh

5 đột phá chiến lược đưa KH và CN trở thành động lực chuyển đổi xanh

Bộ Khoa học và Công nghệ xác định 5 đột phá chiến lược để khoa học, công nghệ thực sự trở thành động lực chủ chốt của chuyển đổi xanh và phát triển bền vững.
EVNCPC quyên góp hơn 5,1 tỷ đồng ủng hộ đồng bào vùng lũ và nhân dân Cuba

EVNCPC quyên góp hơn 5,1 tỷ đồng ủng hộ đồng bào vùng lũ và nhân dân Cuba

Từ tinh thần “một miếng khi đói bằng một gói khi no”, hàng chục nghìn cán bộ, công nhân viên EVNCPC đã chung tay đóng góp hơn 5,1 tỷ đồng gửi tới đồng bào vùng lũ miền Trung, miền Bắc và nhân dân Cuba - những nơi đang oằn mình vượt qua khó khăn sau thiên tai và khủng hoảng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/10/2025: Tuổi Sửu có năng lực, tuổi Thìn sự nghiệp khởi sắc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 18/10/2025: Tuổi Sửu có năng lực, tuổi Thìn sự nghiệp khởi sắc

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 18/10/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Đảng bộ MTTQ, các đoàn thể Trung ương quán triệt nội dung chỉ đạo của Tổng Bí thư Tô Lâm

Đảng bộ MTTQ, các đoàn thể Trung ương quán triệt nội dung chỉ đạo của Tổng Bí thư Tô Lâm

Phát huy truyền thống đoàn kết và vai trò nòng cốt trong hệ thống chính trị, Đảng bộ MTTQ, các đoàn thể Trung ương đã tổ chức Hội nghị quán triệt bài phát biểu chỉ đạo của Tổng Bí thư Tô Lâm. Tại đây, đồng chí Nguyễn Thị Thu Hà đã nhấn mạnh yêu cầu cụ thể hóa các định hướng chỉ đạo của Tổng Bí thư trong chương trình hành động của toàn Đảng bộ, hướng tới thực chất, hiệu quả và gắn bó mật thiết với đời sống Nhân dân.
song-gia-tri