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

tan-hoang-minh
Tin bài khác
Turntide đẩy mạnh tự động hóa sản xuất động cơ điện

Turntide đẩy mạnh tự động hóa sản xuất động cơ điện

Turntide Technologies sẽ nhận khoản tài trợ 17 triệu bảng Anh từ Chính phủ Anh để mở rộng sản xuất động cơ từ thông trục, thông qua tự động hóa và đổi mới công nghệ. Khoản đầu tư nhằm nâng cao năng lực sản xuất hàng loạt, đáp ứng nhu cầu toàn cầu về các hệ thống truyền động điện có hiệu suất cao, trọng lượng nhẹ và tiết kiệm năng lượng.
Techmart công nghệ sinh học: Thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu

Techmart công nghệ sinh học: Thúc đẩy thương mại hóa kết quả nghiên cứu

Ngày 15/10, tại Hà Nội, Cục Thông tin, Thống kê và Đánh giá khoa học (NASISE), Bộ Khoa học và Công nghệ tổ chức Techmart kết nối sản phẩm khoa học và công nghệ chuyên ngành sinh học.
BSR mở hướng tăng trưởng mới từ lọc hóa dầu và năng lượng xanh

BSR mở hướng tăng trưởng mới từ lọc hóa dầu và năng lượng xanh

Trong 9 tháng đầu năm 2026, Tổng công ty Lọc hóa dầu Việt Nam (BSR) đạt doanh thu hợp nhất khoảng 164.530 tỷ đồng, sản xuất 6,15 triệu tấn sản phẩm.
Doanh nghiệp Đài Loan giới thiệu công nghệ sản xuất thông minh tại TP.Hồ Chí Minh

Doanh nghiệp Đài Loan giới thiệu công nghệ sản xuất thông minh tại TP.Hồ Chí Minh

Ngày 29/10/2026, chương trình Giao thương B2B doanh nghiệp Đài Loan - Việt Nam do TAITRA tổ chức sẽ diễn ra tại Lotte Hotel Saigon, TP.Hồ Chí Minh. Chương trình tạo cơ hội để doanh nghiệp Việt Nam trực tiếp gặp gỡ các nhà sản xuất Đài Loan, tìm hiểu giải pháp công nghệ và trao đổi cơ hội hợp tác trong lĩnh vực sản xuất thông minh, tự động hóa, thiết bị công nghiệp và chuyển đổi số.
Kiến tạo trải nghiệm cá nhân hóa

Kiến tạo trải nghiệm cá nhân hóa

Khách hàng ngày nay kỳ vọng mọi tương tác với ngân hàng đều được kết nối liền mạch trong một hành trình thống nhất, từ cuộc gọi, tin nhắn đến ứng dụng số,... Bởi vậy, không chỉ dừng lại ở việc nhận diện khách hàng, ngân hàng còn cần thấu hiểu nhu cầu để hỗ trợ đúng lúc, đúng vấn đề.
Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm chỉ đạo triển khai Nghị quyết Trung ương 4

Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm chỉ đạo triển khai Nghị quyết Trung ương 4

Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn phát biểu chỉ đạo của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm tại Hội nghị toàn quốc quán triệt, triển khai thực hiện Nghị quyết Trung ương 4, sáng 16/10.
Thị trường chứng khoán ngày 16/10: VN Index lấy lại mốc 1.700 điểm, dòng tiền vẫn chưa chịu nhập cuộc

Thị trường chứng khoán ngày 16/10: VN Index lấy lại mốc 1.700 điểm, dòng tiền vẫn chưa chịu nhập cuộc

Sau 7 phiên liên tiếp chìm trong sắc đỏ, VN Index cuối cùng cũng tìm lại màu xanh và vượt qua mốc 1.700 điểm. Dù vậy, thanh khoản lao dốc, còn khối ngoại vẫn miệt mài bán ròng cho thấy thị trường chưa thể yên tâm về khả năng đảo chiều.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/10/2026: Tuổi Mão đón tin vui tài lộc, tuổi Tỵ cần thận trọng trong công việc

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 17/10/2026: Tuổi Mão đón tin vui tài lộc, tuổi Tỵ cần thận trọng trong công việc

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 17/10/2026 nhằm dự đoán vận trình công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe, giúp bạn có thêm góc nhìn tham khảo để chủ động hơn trong cuộc sống.
Nhận định phiên giao dịch ngày 16/10: Hạn chế bán tháo khi thị trường giảm sâu

Nhận định phiên giao dịch ngày 16/10: Hạn chế bán tháo khi thị trường giảm sâu

VN-Index nối dài chuỗi giảm điểm lên phiên thứ bảy liên tiếp và đóng cửa dưới mốc 1.700 điểm, cho thấy áp lực bán vẫn chiếm ưu thế. Tuy nhiên, sự phục hồi của một số nhóm cổ phiếu vốn hóa vừa có thể mở ra khả năng xuất hiện nhịp hồi kỹ thuật, do đó nhà đầu tư được khuyến nghị tránh bán tháo và chờ cơ hội cơ cấu danh mục khi thị trường hồi phục.
Nam A Bank hút thành công hơn 3.000 tỷ đồng từ trái phiếu, lãi suất cao nhất gần 10%/năm

Nam A Bank hút thành công hơn 3.000 tỷ đồng từ trái phiếu, lãi suất cao nhất gần 10%/năm

Ngân hàng TMCP Nam A (Nam A Bank) vừa huy động thành công 495 tỷ đồng thông qua phát hành lô trái phiếu mã NABL12607, kỳ hạn 7 năm với lãi suất lên đến 9,7%/năm. Qua đó, nâng tổng giá trị huy động vốn từ trái phiếu từ đầu năm đến nay hơn 3.000 tỷ đồng.
master