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
Sáng chế độc quyền hữu ích của các nhà khoa học Việt Nam phục vụ cho lĩnh vực phát hiện bức xạ

Sáng chế độc quyền hữu ích của các nhà khoa học Việt Nam phục vụ cho lĩnh vực phát hiện bức xạ

Sau hơn 20 năm nghiên cứu - triển khai tại Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân, các nhà khoa học tại đây, đứng đầu là tác giả Nguyễn Thanh Tùy đã nghiên cứu, chế tạo thành công Thiết bị đo chất lượng nguyên vật liệu bằng kỹ thuật phân tích kích hoạt nơtron - gamma tức thời (PGNAA). Đây là dòng thiết bị cơ bản, chính yếu nhất cho lĩnh vực phân tích hàm lượng nguyên tố hoá học trong vật chất của những đối tượng đưa vào phân tích được trên thiết bị.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/12/2025: Tuổi Sửu bình ổn công việc, tuổi Ngọ rủng rỉnh tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/12/2025: Tuổi Sửu bình ổn công việc, tuổi Ngọ rủng rỉnh tài chính

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 22/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Chính sách chất bán dẫn của Mỹ đang kìm hãm thị trường điều khiển chuyển động?

Chính sách chất bán dẫn của Mỹ đang kìm hãm thị trường điều khiển chuyển động?

Trong nhiều năm qua, ngành điều khiển chuyển động tại Mỹ được hưởng lợi trực tiếp từ làn sóng đầu tư mạnh mẽ vào sản xuất chất bán dẫn. Tuy nhiên, những thay đổi gần đây trong chính sách công nghiệp của Mỹ - đặc biệt xoay quanh Đạo luật CHIPS - đang làm dấy lên lo ngại rằng động lực tăng trưởng này có thể bị suy yếu.
Khung nội dung thí điểm giáo dục trí tuệ nhân tạo (AI) cho học sinh phổ thông

Khung nội dung thí điểm giáo dục trí tuệ nhân tạo (AI) cho học sinh phổ thông

Bộ Giáo dục và Đào tạo (GDĐT) vừa có Quyết định số 3439/QĐ-BGDĐT ban hành Khung nội dung thí điểm giáo dục trí tuệ nhân tạo (AI) cho học sinh phổ thông.
Đánh thức di sản, kiến tạo du lịch xanh

Đánh thức di sản, kiến tạo du lịch xanh

Trong nhịp sống hiện đại, di sản văn hóa bản địa được nhìn nhận như một nguồn lực nội sinh quan trọng để kiến tạo du lịch xanh và thúc đẩy phát triển bền vững. Hành trình này được dẫn dắt bởi chính cộng đồng người dân địa phương - nhân tố gìn giữ nếp sống và nét đẹp lao động thường ngày, tạo nên những trải nghiệm đặc sắc.
Bộ Khoa học và Công nghệ khai trương Bộ phận Một cửa - công trình chào mừng Đại hội XIV của Đảng

Bộ Khoa học và Công nghệ khai trương Bộ phận Một cửa - công trình chào mừng Đại hội XIV của Đảng

Được tổ chức theo mô hình một cửa tập trung, ứng dụng đồng bộ công nghệ số, Bộ phận Một cửa của Bộ Khoa học và Công nghệ đi vào hoạt động từ ngày 19/12/2025, góp phần nâng cao hiệu quả giải quyết thủ tục hành chính và chất lượng phục vụ tổ chức, cá nhân.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/12/2025: Tuổi Tý đón tin vui công việc, tuổi Dậu khởi sắc tài lộc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/12/2025: Tuổi Tý đón tin vui công việc, tuổi Dậu khởi sắc tài lộc

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 21/12/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
REV-ECIT 2025: kiến tạo hệ sinh thái số toàn diện cho ngành Điện tử, Truyền thông và CNTT

REV-ECIT 2025: kiến tạo hệ sinh thái số toàn diện cho ngành Điện tử, Truyền thông và CNTT

Hội nghị quốc gia lần thứ 28 về Điện tử, truyền thông và công nghệ thông tin năm 2025 (REV-ECIT 2025) với chủ để: "Đột phá - Sáng tạo - Kết nối: Kiến tạo hệ sinh thái số" vừa diễn ra thành công tại Hà Nội. Sự kiện được tổ chức với sự bảo trợ của Bộ Khoa học và Công nghệ (Bộ KH&CN), (REV) phối hợp với Trường Điện - Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội.
Nhựa Tiền Phong và logic phát triển của một doanh nghiệp công nghiệp

Nhựa Tiền Phong và logic phát triển của một doanh nghiệp công nghiệp

Hơn sáu thập niên tồn tại, có những doanh nghiệp không chỉ đi qua thời gian mà còn in dấu vào cấu trúc kinh tế và đời sống xã hội. Công ty cổ phần Nhựa Thiếu niên Tiền Phong (Nhựa Tiền Phong, mã CK: NTP) là một trường hợp như vậy - khởi sinh từ nhu cầu thiết yếu của xã hội, lớn lên cùng tiến trình công nghiệp hóa đất nước và hôm nay đứng ở ngưỡng của một chu kỳ phát triển mới, nơi công nghệ, quản trị và trách nhiệm xã hội cùng hội tụ.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VietinBank tung gói tín dụng 30.000 tỷ đồng hỗ trợ khắc phục hậu quả bão lũ

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VietinBank tung gói tín dụng 30.000 tỷ đồng hỗ trợ khắc phục hậu quả bão lũ

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: Agribank tung gói tín dụng 60.000 tỷ; MB tiếp tục tăng lãi suất huy động; VietinBank tung gói tín dụng 30.000 tỷ đồng hỗ trợ khắc phục hậu quả bão lũ...
song-gia-tri