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

nam-moi
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/2/2026: Tuổi Mùi dễ gặp xui xẻo, tuổi Thân tài lộc dồi dào

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 20/2/2026: Tuổi Mùi dễ gặp xui xẻo, tuổi Thân tài lộc dồi dào

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 20/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Khoa học công nghệ trong phát triển lực lượng sản xuất mới và mô hình hợp tác công - tư

Khoa học công nghệ trong phát triển lực lượng sản xuất mới và mô hình hợp tác công - tư

Việc phân tích cụ thể vai trò khoa học, công nghệ đến phát triển lực lượng sản xuất và đổi mới mô hình hợp tác công - tư là cần thiết để phát huy triệt để thế mạnh khoa học, công nghệ phục vụ phát triển. Đây là phương thức được nhiều quốc gia áp dụng thành công và tạo đột phá phát triển.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/2/2026: Tuổi Sửu nhiều niềm vui, tuổi Hợi chú ý sức khỏe

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 19/2/2026: Tuổi Sửu nhiều niềm vui, tuổi Hợi chú ý sức khỏe

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 19/2/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thúc đẩy phát triển các  trung tâm dữ liệu bền vững bằng giải pháp hạ tầng thông minh

Thúc đẩy phát triển các trung tâm dữ liệu bền vững bằng giải pháp hạ tầng thông minh

Trung tâm dữ liệu là trụ cột của thế giới số hiện nay, nhưng mức tiêu thụ năng lượng ngày càng tăng cùng những tác động đến môi trường đang đặt ra nhiều thách thức. Khi phát triển bền vững trở thành yêu cầu tất yếu trong hoạt động kinh doanh, các đơn vị vận hành phải đối mặt với bài toán phức tạp: làm sao để “xanh hóa” trung tâm dữ liệu mà vẫn bảo đảm hiệu suất và hiệu quả vận hành ở đẳng cấp quốc tế. Siemens - tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới - mang đến các giải pháp hạ tầng thông minh, lấy tự động hóa làm nền tảng, nhằm tối ưu hiệu quả, giảm thiểu việc sử dụng tài nguyên và hiện thực hóa các mục tiêu xanh. Ông Samir Borkar, Giám đốc mảng Trung tâm Dữ liệu của Siemens khu vực châu Á - Thái Bình Dương (APAC), sẽ chia sẻ về những cách tiếp cận sáng tạo này.
Kỳ 4: Doanh nghiệp nội địa - trụ cột của năng lực công nghệ

Kỳ 4: Doanh nghiệp nội địa - trụ cột của năng lực công nghệ

Sau khi nhìn lại những giới hạn của chuyển giao công nghệ trong Kỳ 3, một câu hỏi nổi lên với tính chất bản lề, ai là chủ thể trung tâm của quá trình tích lũy và làm chủ công nghệ? Câu trả lời, dù đôi khi không được thừa nhận đầy đủ, vẫn rất rõ ràng - đó là doanh nghiệp nội địa.
Xiaomi 17 Pro “đốt pháo hoa” màn hình phụ, nâng cấp mạnh camera dịp Tết

Xiaomi 17 Pro “đốt pháo hoa” màn hình phụ, nâng cấp mạnh camera dịp Tết

Xiaomi vừa phát hành bản cập nhật phần mềm Tết Nguyên Đán cho dòng Xiaomi 17 Pro, bổ sung loạt tính năng hiển thị độc đáo trên màn hình phụ phía sau cùng nhiều cải tiến đáng chú ý về camera, hướng đến nhu cầu chụp ảnh - quay video dịp lễ hội.
Đẩy mạnh đối ngoại toàn diện ở tầm cao mới

Đẩy mạnh đối ngoại toàn diện ở tầm cao mới

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay xin trân trọng giới thiệu toàn văn bài viết của Tổng Bí thư Tô Lâm: Đẩy mạnh đối ngoại toàn diện ở tầm cao mới.
Công nghiệp robot Việt Nam trước "độ chín" phát triển

Công nghiệp robot Việt Nam trước "độ chín" phát triển

Sự bứt phá của trí tuệ nhân tạo, cùng những chủ trương lớn như Nghị quyết 57-NQ/ TW của Bộ Chính trị và danh mục công nghệ chiến lược, đang tạo ra “độ chín” mới cho lĩnh vực robot và tự động hóa tại Việt Nam. Trao đổi với Tạp chí Tự động hóa Ngày nay, ông Khổng Minh - Giảng viên Đại học Phenikaa, Trưởng phòng Robotics, Kỹ sư trưởng Công ty Phenikaa-X đã phân tích những chuyển động của ngành robot Việt Nam, từ nền tảng nhân lực, thị trường, chính sách đến con đường hình thành các sản phẩm robot “Make in Vietnam” đạt chuẩn quốc tế.
Kỳ 3: Chuyển giao công nghệ: Từ “mua được” đến “làm chủ được”

Kỳ 3: Chuyển giao công nghệ: Từ “mua được” đến “làm chủ được”

Trong nhiều năm, khi bàn đến chuyển giao công nghệ tại Việt Nam, cách tiếp cận phổ biến vẫn mang nặng tư duy giao dịch - mua thiết bị, mua dây chuyền, mua bản quyền, kèm theo các gói đào tạo ngắn hạn. Công nghệ, theo đó, được xem như một loại tài sản có thể “đóng gói” và chuyển dịch thông qua hợp đồng thương mại. Cách hiểu này không hoàn toàn sai, nhưng đã giản lược hóa bản chất của công nghệ.
Hồ Gươm rực sắc đào xuân, thành điểm check-in "nóng" nhất Hà Nội dịp Tết Bính Ngọ

Hồ Gươm rực sắc đào xuân, thành điểm check-in "nóng" nhất Hà Nội dịp Tết Bính Ngọ

Những ngày giáp Tết Nguyên đán Bính Ngọ 2026, khu vực quanh Hồ Hoàn Kiếm và phố cổ Hà Nội ngập tràn sắc xuân với hàng trăm gốc đào, quất cảnh cùng nhiều tiểu cảnh hoa được bố trí công phu. Không gian rực rỡ giữa trung tâm Thủ đô thu hút đông đảo người dân và du khách đến tham quan, chụp ảnh.
song-gia-tri