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

ar
Tin bài khác
Làm chủ AI trong kỷ nguyên thực thi

Làm chủ AI trong kỷ nguyên thực thi

Ngày 5/4, tại Đại học Bách khoa Hà Nội, sự kiện AI Day 2026 với chủ đề “Advancing Vietnam with AI - Việt Nam vươn mình cùng trí tuệ nhân tạo” thu hút hàng trăm đại biểu đến từ cơ quan quản lý, doanh nghiệp công nghệ, tổ chức giáo dục, startup và cộng đồng đổi mới sáng tạo trên cả nước.
Thị trường chứng khoán ngày 06/04: Thị trường kém sắc, LPB ngược dòng tăng trần

Thị trường chứng khoán ngày 06/04: Thị trường kém sắc, LPB ngược dòng tăng trần

Lực bán xuất hiện trên diện rộng, nhóm dầu khí bị xả mạnh và việc dòng tiền co cụm khiến VN Index lùi sát mốc 1.670 điểm. Tuy nhiên, LPB tăng trần cùng sắc xanh của một số trụ lớn đã giữ cho thị trường tránh khỏi một phiên giảm sâu.
Chủ tịch Quốc hội Trần Thanh Mẫn tái đắc cử

Chủ tịch Quốc hội Trần Thanh Mẫn tái đắc cử

Với 491/491 đại biểu tham gia biểu quyết tán thành, Quốc hội đã biểu quyết thông qua dự thảo Nghị quyết bầu Chủ tịch Quốc hội khóa XVI đối với đồng chí Trần Thanh Mẫn, Ủy viên Bộ Chính trị, Chủ tịch Quốc hội khóa XV.
Phát biểu của Tổng Bí thư Tô Lâm tại phiên khai mạc Kỳ họp thứ Nhất, Quốc hội khóa XVI

Phát biểu của Tổng Bí thư Tô Lâm tại phiên khai mạc Kỳ họp thứ Nhất, Quốc hội khóa XVI

Sáng 6/4, Kỳ họp thứ Nhất, Quốc hội khóa XVI đã khai mạc trọng thể tại Hà Nội. Tổng Bí thư Tô Lâm có bài phát biểu chỉ đạo quan trọng tại phiên khai mạc. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn phát biểu của Tổng Bí thư Tô Lâm.
Những dấu ấn đáng nhớ của AT EXPO

Những dấu ấn đáng nhớ của AT EXPO

Triển lãm quốc tế về Tự động hóa và Công nghệ 2025 (AT Expo 2025) do Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) và Công ty CP Hội chợ Triển lãm và Quảng cáo Việt Nam (VIETFAIR) phối hợp tổ chức, diễn ra trong 3 ngày, từ 14 - 16/5/2025 đã để lại nhiều dấu ấn. Rõ nét nhất là sự bài bản, chuyên nghiệp trong công tác tổ chức và phô diễn nhiều dấu ấn công nghệ; thúc đẩy kết nối giữa các tập đoàn, doanh nghiệp công nghệ, tự động hóa, trong và ngoài nước.
MASKA 2026: Tiếp sức bứt phá cùng sĩ tử trước ngưỡng cửa chuyển cấp

MASKA 2026: Tiếp sức bứt phá cùng sĩ tử trước ngưỡng cửa chuyển cấp

Ngày 05/04/2026, sự kiện MASKA 2026: DERINA đã được tổ chức thành công tại Trường THCS Trần Duy Hưng (quận Thanh Xuân, Hà Nội). Đây là chương trình thường niên do High School Help Kit thực hiện, nhằm tạo điều kiện để học sinh THCS, đặc biệt là học sinh lớp 9, có cơ hội trực tiếp giao lưu, trao đổi và tiếp cận những chia sẻ, tư vấn từ các chuyên gia cùng diễn giả đến từ các trường THPT chuyên và trọng điểm trên địa bàn thành phố Hà Nội.
Nhận định phiên giao dịch ngày 6/4: Có thể giải ngân từng phần tại các nhịp rung lắc

Nhận định phiên giao dịch ngày 6/4: Có thể giải ngân từng phần tại các nhịp rung lắc

Sau phiên điều chỉnh mạnh, VN-Index được đánh giá vẫn có cơ hội hồi phục ngắn hạn khi đang tiệm cận vùng hỗ trợ quan trọng. Trong bối cảnh thị trường còn rung lắc và phân hóa, nhà đầu tư có thể cân nhắc giải ngân từng phần, ưu tiên cổ phiếu có xu hướng tăng rõ ràng.
LG Gram 14 bản Intel Panther Lake: Pin dài hơn, vẫn giữ thiết kế siêu nhẹ

LG Gram 14 bản Intel Panther Lake: Pin dài hơn, vẫn giữ thiết kế siêu nhẹ

Sau phiên bản AMD, LG bổ sung lựa chọn mới cho Gram 14 với chip Intel Panther Lake, cho thời lượng pin dài hơn khoảng 3 giờ, đồng thời duy trì trọng lượng chỉ khoảng 1,12kg.
Thí điểm kinh tế tầm thấp ở Điện Biên: Tư duy mới từ bài toán thật

Thí điểm kinh tế tầm thấp ở Điện Biên: Tư duy mới từ bài toán thật

Điện Biên được lựa chọn xây dựng Đề án thử nghiệm có kiểm soát phát triển kinh tế tầm thấp không chỉ vì đặc thù địa hình miền núi, chia cắt, mà còn để tạo ra một mô hình tham chiếu cho các địa phương khác. Tinh thần được Bộ KH&CN nhấn mạnh rất rõ: không thử công nghệ UAV, mà thử mô hình ứng dụng thực tế để đo hiệu quả và hoàn thiện khung chính sách.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/4/2026: Tuổi Mão buồn vui thất thường, tuổi Thân nhiều điểm sáng

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/4/2026: Tuổi Mão buồn vui thất thường, tuổi Thân nhiều điểm sáng

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 6/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
song-gia-tri