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

vaa
Tin bài khác
Velasea và SORBA.ai kết hợp phần cứng - AI để thúc đẩy trí tuệ nhân tạo trong công nghiệp

Velasea và SORBA.ai kết hợp phần cứng - AI để thúc đẩy trí tuệ nhân tạo trong công nghiệp

Velasea, nhà sản xuất hệ thống OEM và cung cấp nền tảng điện toán công nghiệp, cùng SORBA.ai, công ty phần mềm AI công nghiệp không cần lập trình, đã công bố quan hệ đối tác phần cứng chiến lược nhằm đơn giản hóa và tăng tốc triển khai AI, máy học và phân tích nâng cao tại biên (edge).
Doanh nghiệp robot và tự động hóa Anh tiến quân" vào Mỹ

Doanh nghiệp robot và tự động hóa Anh tiến quân" vào Mỹ

Loop Technology chuyên về lĩnh vực robot và tự động hóa công nghiệp đang chính thức mở rộng dấu ấn ra thị trường Bắc Mỹ. Doanh nghiệp có trụ sở tại Dorchester (Dorset - Anh), vừa công bố thành lập công ty con tại Seattle bang Washington, đánh dấu bước đi chiến lược nhằm tiếp cận sâu hơn thị trường Mỹ - nơi được xem là trung tâm đổi mới công nghệ hàng đầu thế giới.
[E-Magazine] Đường sắt cao tốc - câu chuyện không chỉ của tốc độ

[E-Magazine] Đường sắt cao tốc - câu chuyện không chỉ của tốc độ

Có những quyết định hạ tầng không sinh ra để trả lời cho một nhiệm kỳ, mà để định hình vài thế hệ. Đường sắt cao tốc, nhìn bề ngoài là câu chuyện của vận tốc, của ray thép và đoàn tàu lướt qua không gian. Nhưng đi sâu hơn, đó là lựa chọn về cấu trúc kinh tế, về năng lực quản trị quốc gia và trên hết, về triết lý an toàn của một xã hội đang bước vào quỹ đạo phát triển mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/1/2025: Tuổi Tuất cải thiện tài lộc, tuổi Tý suy nghĩ tiêu cực

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 5/1/2025: Tuổi Tuất cải thiện tài lộc, tuổi Tý suy nghĩ tiêu cực

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 5/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/1/2025: Tuổi Dậu khá nóng nảy, tuổi Mùi có cơ hội phát tài

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 4/1/2025: Tuổi Dậu khá nóng nảy, tuổi Mùi có cơ hội phát tài

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 4/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Ngân hàng Nhà nước chưa cấp phép sản xuất vàng miếng

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Ngân hàng Nhà nước chưa cấp phép sản xuất vàng miếng

Tuần cuối của năm 2025, 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: TPBank ghi nhận đơn từ nhiệm của một thành viên HĐQT; Nhiều ngân hàng đồng loạt thay đổi quy định sử dụng thẻ; Ngân hàng Nhà nước chưa cấp phép sản xuất vàng miếng cho ngân hàng nào...
AFEELA 1 - khi Sony và Honda biến khoang xe thành không gian giải trí số

AFEELA 1 - khi Sony và Honda biến khoang xe thành không gian giải trí số

Mẫu xe điện đầu tiên của liên doanh Sony - Honda Mobility đánh dấu bước ngoặt mới khi tích hợp PlayStation Remote Play và hệ thống âm thanh 28 loa ngay từ khâu thiết kế. AFEELA 1 cho thấy tham vọng đưa trải nghiệm giải trí trở thành trung tâm của tương lai ô tô điện.
Cánh đồng hoa hướng dương Nghệ An rực rỡ đón Tết, hút khách check-in

Cánh đồng hoa hướng dương Nghệ An rực rỡ đón Tết, hút khách check-in

Được trồng từ hơn 10 năm trước với mục đích làm thức ăn cho bò sữa, cánh đồng hoa hướng dương ở xã Nghĩa Lâm (Nghệ An) nay trở thành điểm tham quan thu hút du khách mỗi dịp cuối năm. Sắc vàng rực rỡ của hoa nở gối vụ tạo nên khung cảnh ấn tượng, kéo dài đến Tết Dương lịch và Tết Nguyên Đán.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/1/2026: Tuổi Sửu khá nhiều tin vui,  tuổi Thân lo âu nhiều chuyện

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/1/2026: Tuổi Sửu khá nhiều tin vui, tuổi Thân lo âu nhiều chuyện

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 3/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Phẩm chất lãnh đạo

Phẩm chất lãnh đạo

Thế kỷ 21 nổi bật như một kỷ nguyên của những thay đổi chưa từng có, được đặc trưng bởi sự tiến bộ công nghệ nhanh chóng, toàn cầu hóa và những chuyển biến xã hội. Sự trỗi dậy của lực lượng lao động đa thế hệ, sự thay đổi về giá trị và sự tập trung ngày càng tăng vào trách nhiệm xã hội và môi trường đã làm thay đổi kỳ vọng đặt lên vai các nhà lãnh đạo.
song-gia-tri