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
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/5/2026: Tuổi Mão nhiều rắc rối, tuổi Hợi đạt thành công

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 22/5/2026: Tuổi Mão nhiều rắc rối, tuổi Hợi đạt thành công

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 22/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Công nghệ robot hỗ trợ phát hiện nứt bồn chứa thép không gỉ

Công nghệ robot hỗ trợ phát hiện nứt bồn chứa thép không gỉ

Việc đảm bảo tính toàn vẹn về cấu trúc của các bồn chứa bằng thép không gỉ (inox) là yêu cầu thiết yếu trong các ngành công nghiệp như hóa chất, dược phẩm và chế biến thực phẩm. Ngay cả những vết nứt nhỏ nhất ở các mối hàn, vùng chịu ứng suất hoặc các bộ phận chịu tải cao cũng có thể làm ảnh hưởng đến an toàn vận hành, chất lượng sản phẩm và việc tuân thủ các quy định pháp lý.
Thị trường chứng khoán ngày 21/5: VN Index mất mốc 1.900 điểm, dòng tiền phân hóa trong phiên đáo hạn phái sinh

Thị trường chứng khoán ngày 21/5: VN Index mất mốc 1.900 điểm, dòng tiền phân hóa trong phiên đáo hạn phái sinh

VN Index giảm hơn 16 điểm do áp lực từ một số cổ phiếu trụ, đặc biệt là VIC. Tuy nhiên, độ rộng thị trường khá cân bằng, cho thấy dòng tiền vẫn chọn lọc ở ngân hàng, thép, bán lẻ và một số midcap có câu chuyện riêng.
Việt Nam lần đầu vào Top 50 hệ sinh thái khởi nghiệp toàn cầu

Việt Nam lần đầu vào Top 50 hệ sinh thái khởi nghiệp toàn cầu

Theo Báo cáo Chỉ số Hệ sinh thái Khởi nghiệp Toàn cầu 2026 của StartupBlink, Việt Nam tăng 5 bậc, lên vị trí thứ 50 thế giới, mức xếp hạng cao nhất từ trước đến nay. TP.Hồ Chí Minh cũng lần đầu lọt Top 100 hệ sinh thái khởi nghiệp toàn cầu.
Giải mã “bộ gen” của nhà chế tác bất động sản Tân Hoàng Minh

Giải mã “bộ gen” của nhà chế tác bất động sản Tân Hoàng Minh

Để trở thành “nhà chế tác bất động sản”, Tân Hoàng Minh phải sở hữu một “bộ gen” khác biệt và nhất quán để theo đuổi những chuẩn mực mà số đông khó chạm tới.
Nhận định phiên giao dịch ngày 21/5: Tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu

Nhận định phiên giao dịch ngày 21/5: Tận dụng nhịp rung lắc để gia tăng tỷ trọng cổ phiếu

Sau phiên rung lắc mạnh khi VN-Index có lúc mất hơn 50 điểm và thủng mốc 1.900 điểm, lực cầu bắt đáy đã giúp thị trường hồi phục vào cuối phiên 20/5. Các chuyên gia cho rằng thị trường có thể tiếp tục tích lũy trong ngắn hạn và nhà đầu tư nên tận dụng những nhịp điều chỉnh để gia tăng tỷ trọng ở các cổ phiếu có nền tảng cơ bản tốt và triển vọng tăng trưởng tích cực.
Startup Hà Lan phát triển hệ thống AI phân loại pin trong rác thải sinh hoạt

Startup Hà Lan phát triển hệ thống AI phân loại pin trong rác thải sinh hoạt

Startup tự động hóa tái chế của Hà Lan inSystem.io cho biết đã phát triển hệ thống phân loại sử dụng AI có khả năng tách pin thải bỏ khỏi dòng rác sinh hoạt ở quy mô công nghiệp, nhằm giải quyết bài toán mà các cơ sở tái chế gặp khó khăn trong nhiều thập kỷ.
Khoa học, công nghệ là

Khoa học, công nghệ là 'chìa khóa' chuyển đổi mô hình tăng trưởng nông nghiệp

Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Môi trường Trịnh Việt Hùng nhấn mạnh cần đổi mới mạnh mẽ tư duy kiến tạo nông nghiệp, hướng tới tạo ra các sản phẩm cụ thể, mang lại giá trị thực chất, góp phần thúc đẩy phát triển đất nước theo tinh thần Nghị quyết 57-NQ/TW.
Thị trường chứng khoán ngày 20/5: VN-Index lội ngược dòng cuối phiên sau khi mất hơn 50 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 20/5: VN-Index lội ngược dòng cuối phiên sau khi mất hơn 50 điểm

Thị trường chứng khoán phiên 20/5 ghi nhận diễn biến giằng co và biến động mạnh khi VN-Index có thời điểm giảm sâu hơn 50 điểm do áp lực bán tháo lan rộng ở nhóm bất động sản, chứng khoán và ngân hàng. Tuy nhiên, lực cầu bắt đáy xuất hiện vào cuối phiên đã giúp chỉ số đảo chiều ngoạn mục và đóng cửa trong sắc xanh nhẹ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/5/2026: Tuổi Mão kinh doanh lộc lá, tuổi Dậu dễ xảy ra tranh cãi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 21/5/2026: Tuổi Mão kinh doanh lộc lá, tuổi Dậu dễ xảy ra tranh cãi

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 21/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
vn-web
song-gia-tri