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
AI chủ quyền: từ bảo vệ dữ liệu đến làm chủ hạ tầng số của doanh nghiệp

AI chủ quyền: từ bảo vệ dữ liệu đến làm chủ hạ tầng số của doanh nghiệp

Làn sóng trí tuệ nhân tạo (AI) đang tạo ra những thay đổi sâu rộng trong mọi lĩnh vực kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, cùng với cơ hội nâng cao năng suất và đổi mới sáng tạo là hàng loạt thách thức về bảo mật, quyền sở hữu dữ liệu và khả năng kiểm soát các mô hình AI. Trong bối cảnh đó, AI chủ quyền (Sovereign AI) đang trở thành xu hướng được nhiều quốc gia và doanh nghiệp theo đuổi nhằm bảo đảm dữ liệu chiến lược được quản lý an toàn, tuân thủ pháp luật và phục vụ mục tiêu phát triển bền vững.
Thị trường chứng khoán ngày 22/7: VN-Index mất mốc 1.700 điểm sau phiên bán tháo dữ dội

Thị trường chứng khoán ngày 22/7: VN-Index mất mốc 1.700 điểm sau phiên bán tháo dữ dội

Thị trường chứng khoán tiếp tục trải qua một phiên giao dịch đầy biến động khi áp lực bán lan rộng trên diện rộng, đặc biệt ở nhóm cổ phiếu vốn hóa lớn. VN-Index giảm hơn 62 điểm, xuyên thủng ngưỡng tâm lý 1.700 điểm và lùi xuống mức thấp nhất trong gần 4 tháng, trong bối cảnh dòng tiền bắt đáy chưa đủ sức hấp thụ lượng cung gia tăng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/7/2026: Tuổi Tỵ công việc hanh thông, tuổi Sửu cần tránh quyết định vội vàng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 23/7/2026: Tuổi Tỵ công việc hanh thông, tuổi Sửu cần tránh quyết định vội vàng

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 23/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
BSR tăng tốc xây dựng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất thông minh

BSR tăng tốc xây dựng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất thông minh

Lấy khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số làm nền tảng phát triển, Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) đang từng bước hiện thực hóa mục tiêu xây dựng Nhà máy Lọc dầu Dung Quất trở thành nhà máy thông minh.
Những điều đọng lại từ VCCA 2026

Những điều đọng lại từ VCCA 2026

VCCA 2026 diễn ra tại Trường Đại học Quy Nhơn đánh dấu tròn 15 năm Hội Tự động hóa Việt Nam chủ trì tổ chức Hội nghị khoa học và Triển lãm về Điều khiển và Tự động hóa. Đây cũng là kỳ VCCA để lại nhiều ấn tượng cho Ban Tổ chức cũng như các đại biểu tham dự trên nhiều phương diện khác nhau.
Nhận định phiên giao dịch ngày 22/7: Xem xét đầu tư vào các doanh nghiệp chất lượng, tăng trưởng

Nhận định phiên giao dịch ngày 22/7: Xem xét đầu tư vào các doanh nghiệp chất lượng, tăng trưởng

Thị trường chứng khoán tiếp tục chịu áp lực điều chỉnh trong phiên giao dịch gần nhất khi lực bán gia tăng trên diện rộng, đặc biệt tại nhóm cổ phiếu dầu khí. Tuy nhiên, nhiều công ty chứng khoán cho rằng mặt bằng định giá của thị trường đã trở nên hấp dẫn, mở ra cơ hội để nhà đầu tư dài hạn xem xét giải ngân vào các doanh nghiệp có nền tảng cơ bản tốt và triển vọng tăng trưởng.
Cảm biến thông minh mở đường nâng cấp nhà máy cũ với chi phí thấp

Cảm biến thông minh mở đường nâng cấp nhà máy cũ với chi phí thấp

Trong nhiều nhà máy hiện nay, máy móc hiện đại vẫn đang vận hành song song với những thiết bị đã sử dụng hàng chục năm. Đây là thực trạng phổ biến khiến quá trình chuyển đổi số trong sản xuất gặp nhiều trở ngại, bởi các hệ thống cũ thường thiếu khả năng kết nối và không cung cấp dữ liệu theo thời gian thực. Tuy nhiên, sự xuất hiện của thế hệ cảm biến thông minh mới đang tạo ra giải pháp hiệu quả, giúp doanh nghiệp khai thác dữ liệu từ thiết bị cũ mà không cần đầu tư thay thế toàn bộ dây chuyền.
TP.Hồ Chí Minh hoàn thiện hệ sinh thái bán dẫn, tăng tốc kết nối chuỗi giá trị toàn cầu

TP.Hồ Chí Minh hoàn thiện hệ sinh thái bán dẫn, tăng tốc kết nối chuỗi giá trị toàn cầu

Trong bối cảnh ngành công nghiệp bán dẫn thế giới đang bước vào giai đoạn tái cấu trúc mạnh mẽ dưới tác động của trí tuệ nhân tạo (AI), chuyển dịch chuỗi cung ứng và cạnh tranh công nghệ, việc tăng cường kết nối giữa cơ quan quản lý, hiệp hội ngành nghề, doanh nghiệp và các cơ sở đào tạo đang trở thành yêu cầu cấp thiết.
Sự kiện AI hàng đầu Việt Nam trở lại TP.HCM với mùa thứ IV

Sự kiện AI hàng đầu Việt Nam trở lại TP.HCM với mùa thứ IV

Tháng 8/2026, TP. Hồ Chí Minh sẽ trở thành điểm hẹn của hơn 1.000 lãnh đạo doanh nghiệp, chuyên gia công nghệ và nhà đầu tư từ khắp Đông Nam Á khi The Future of Artificial Intelligence: Chapter 4 chính thức diễn ra. Là một trong những sự kiện AI thường niên nổi bật của khu vực, chương trình do JDI và Hiệp hội Doanh nghiệp Hồng Kông tại Việt Nam đồng tổ chức, với sự hỗ trợ của NVIDIA AI Technology Centre (NVAITC) và Singapore Global Network.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/7/2026: Tuổi Dần đón quý nhân phù trợ, tuổi Hợi cần cân nhắc trước khi đầu tư

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/7/2026: Tuổi Dần đón quý nhân phù trợ, tuổi Hợi cần cân nhắc trước khi đầu tư

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 22/7/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
song-gia-tri