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

ar
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/4/2026: Tuổi Thân cải thiện tâm trạng, tuổi Tý tránh lặp sai lầm

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/4/2026: Tuổi Thân cải thiện tâm trạng, tuổi Tý tránh lặp sai lầm

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 15/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
BSR chính thức trở thành Tổng Công ty Lọc hóa dầu Việt Nam

BSR chính thức trở thành Tổng Công ty Lọc hóa dầu Việt Nam

Công ty cổ phần Lọc hóa dầu Bình Sơn chính thức sẽ chuyển sang hoạt động dưới mô hình Tổng công ty.
Thị trường chứng khoán ngày 14/04: Nhóm thép bùng nổ, thị trường tiếp tục giữ nhịp hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 14/04: Nhóm thép bùng nổ, thị trường tiếp tục giữ nhịp hồi phục

Thị trường mở đầu đầy hứng khởi khi VN Index sớm vượt mốc 1.780 điểm, song đà tăng dần chững lại do dòng tiền vào thị trường chưa thực sự bùng nổ. Dù vậy, nhờ lực kéo bền bỉ từ nhóm trụ, đặc biệt là VIC và VHM, cùng sự bứt phá của cổ phiếu thép, chỉ số vẫn giữ được sắc xanh tích cực khi đóng cửa.
Hỗ trợ 1 tỷ đồng/năm cho nghiên cứu sinh xuất sắc làm chủ công nghệ lõi

Hỗ trợ 1 tỷ đồng/năm cho nghiên cứu sinh xuất sắc làm chủ công nghệ lõi

Bộ Khoa học và Công nghệ (KH&CN) vừa ban hành Quyết định 2103/QĐ-BKHCN chính thức Phê duyệt "Chương trình hỗ trợ nghiên cứu sinh xuất sắc giai đoạn 2026-2030" (Chương trình VREF), đánh dấu bước chuyển mạnh trong tư duy chính sách, từ hỗ trợ đào tạo sang đầu tư trực tiếp cho nghiên cứu xuất sắc, nhằm hình thành lực lượng khoa học trẻ có năng lực vượt trội, có khả năng nghiên cứu độc lập, nâng cao năng lực tự chủ công nghệ và sức cạnh tranh quốc gia.
Hành trình kết nối về nguồn cội của 329 học sinh tiểu học trên toàn quốc

Hành trình kết nối về nguồn cội của 329 học sinh tiểu học trên toàn quốc

Ngày 12/4/2026, tại Hà Nội, Lễ vinh danh và trao giải Trạng Nguyên Tiếng Việt dành cho học sinh tiểu học trên toàn quốc lần thứ 11 được tổ chức thành công.
Nhận định phiên giao dịch ngày 14/4: Chọn điểm mua tại nhịp xác nhận, hạn chế giải ngân dàn trải

Nhận định phiên giao dịch ngày 14/4: Chọn điểm mua tại nhịp xác nhận, hạn chế giải ngân dàn trải

VN-Index duy trì đà hồi phục nhưng phụ thuộc lớn vào nhóm cổ phiếu trụ, trong khi thanh khoản suy giảm và độ rộng thị trường chưa cải thiện. Trong bối cảnh rủi ro rung lắc gia tăng khi tiến sát vùng kháng cự, nhà đầu tư được khuyến nghị chọn điểm mua tại các nhịp xác nhận xu hướng hoặc điều chỉnh hợp lý, tránh giải ngân dàn trải.
Bước tiến chiến lược trong cuộc đua động cơ thế hệ mới

Bước tiến chiến lược trong cuộc đua động cơ thế hệ mới

Tập đoàn công nghệ Foxconn tiếp tục mở rộng dấu ấn trong lĩnh vực công nghiệp tiên tiến khi thông qua công ty thành viên Pan-International Industrial đầu tư 35,5 triệu euro vào startup công nghệ Magnax của Bỉ. Thương vụ này giúp Foxconn nắm giữ 52% cổ phần chi phối, đồng thời mở ra một giai đoạn phát triển mới cho công nghệ động cơ điện hiệu suất cao.
Hiệp định Paris 1973: Bản hùng ca ngoại giao và dấu mốc lịch sử của ý chí Việt Nam

Hiệp định Paris 1973: Bản hùng ca ngoại giao và dấu mốc lịch sử của ý chí Việt Nam

Hai cuốn sách vừa ra mắt đã mở lại cánh cửa lịch sử, đưa độc giả trở về những cuộc đấu trí căng thẳng tại Paris năm 1973, nơi ý chí độc lập và khát vọng hòa bình của dân tộc Việt Nam được khẳng định mạnh mẽ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/4/2026: Tuổi Tuất khởi sắc, tuổi Dần có thể bị lợi dụng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 14/4/2026: Tuổi Tuất khởi sắc, tuổi Dần có thể bị lợi dụng

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 14/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thị trường chứng khoán ngày 13/04: VN Index đảo chiều nhờ lực kéo từ họ Vin, thị trường giữ nhịp hồi phục

Thị trường chứng khoán ngày 13/04: VN Index đảo chiều nhờ lực kéo từ họ Vin, thị trường giữ nhịp hồi phục

Mở cửa tuần giao dịch mới trong sắc đỏ do tác động từ thông tin đàm phán Mỹ - Iran không đạt thỏa thuận, thị trường chịu áp lực điều chỉnh khá rõ trong nửa đầu phiên. Tuy nhiên, lực cầu bất ngờ gia tăng mạnh ở nhóm Vingroup, đặc biệt là VIC, đã giúp VN Index đảo chiều tăng gần 9 điểm khi đóng cửa, qua đó duy trì quán tính hồi phục ngắn hạn.
song-gia-tri