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
Đồng chí Vũ Hải Quân giữ chức Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ

Đồng chí Vũ Hải Quân giữ chức Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ

Với tỷ lệ trúng cử 91,51%, đồng chí Vũ Hải Quân, Thứ trưởng Thường trực Bộ Khoa học và Công nghệ (Bộ KH&CN), được Quốc hội phê chuẩn bổ nhiệm giữ chức Bộ trưởng nhiệm kỳ 2026-2031).
Bà Lâm Thị Phương Thanh giữ chức Bộ trưởng Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch

Bà Lâm Thị Phương Thanh giữ chức Bộ trưởng Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch

Bà Lâm Thị Phương Thanh được Quốc hội phê chuẩn bổ nhiệm giữ chức Bộ trưởng Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch nhiệm kỳ 2026-2031.
Quốc hội phê chuẩn bổ nhiệm 6 Phó Thủ tướng, các Bộ trưởng và thành viên Chính phủ

Quốc hội phê chuẩn bổ nhiệm 6 Phó Thủ tướng, các Bộ trưởng và thành viên Chính phủ

Với 100% đại biểu có mặt tán thành, Quốc hội đã biểu quyết thông qua các Nghị quyết về phê chuẩn việc bổ nhiệm 6 Phó Thủ tướng Chính phủ, các Bộ trưởng và thành viên của Chính phủ nhiệm kỳ 2026-2031.
Thị trường chứng khoán ngày 08/04: VN Index bùng nổ gần 80 điểm, dòng tiền trở lại mạnh mẽ sau cú hích nâng hạng

Thị trường chứng khoán ngày 08/04: VN Index bùng nổ gần 80 điểm, dòng tiền trở lại mạnh mẽ sau cú hích nâng hạng

Thị trường ghi nhận phiên tăng bùng nổ khi VN Index mở GAP ngay từ đầu phiên và duy trì đà đi lên đến hết ngày giao dịch. Sự cộng hưởng giữa thông tin nâng hạng thị trường và diễn biến địa chính trị hạ nhiệt đã kích hoạt tâm lý hưng phấn, kéo dòng tiền nhập cuộc mạnh, đặc biệt ở nhóm chứng khoán, bất động sản và họ Vin.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/4/2026: Tuổi Hợi dễ xảy ra xung đột, tuổi Sửu  tín hiệu vượng tài

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 9/4/2026: Tuổi Hợi dễ xảy ra xung đột, tuổi Sửu tín hiệu vượng tài

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 9/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Nhận định phiên giao dịch ngày 8/4: Duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức 30-45%

Nhận định phiên giao dịch ngày 8/4: Duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức 30-45%

Thị trường chứng khoán đang phát tín hiệu cân bằng trở lại sau nhịp điều chỉnh ngắn hạn, song thanh khoản suy giảm cho thấy lực cầu vẫn thận trọng. Trong bối cảnh xu hướng chưa thực sự rõ ràng, nhà đầu tư được khuyến nghị duy trì tỷ trọng cổ phiếu ở mức 30-45% và hạn chế sử dụng đòn bẩy.
Giải pháp nâng cao an toàn trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt

Giải pháp nâng cao an toàn trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt

Tập đoàn công nghệ Honeywell vừa giới thiệu cảm biến khí hydrocarbon mới ứng dụng công nghệ hồng ngoại không phân tán (NDIR - Non-Dispersive Infrared), nhằm phát hiện các loại khí dễ cháy như metan, propan và butan trong môi trường công nghiệp. Giải pháp cảm biến này được thiết kế để tăng cường an toàn cho người lao động và bảo vệ cơ sở hạ tầng trong các lĩnh vực có nguy cơ cao như khai thác mỏ, dầu khí, hóa dầu và sản xuất nhựa.
Hé lộ Xiaomi 17 Max: “Quái vật” pin 8.000 mAh, camera 200MP, dự kiến ra mắt tháng 5

Hé lộ Xiaomi 17 Max: “Quái vật” pin 8.000 mAh, camera 200MP, dự kiến ra mắt tháng 5

Những thông tin rò rỉ mới nhất cho thấy Xiaomi 17 Max - mảnh ghép cuối cùng của dòng Xiaomi 17 sẽ trình làng tại Trung Quốc vào tháng 5 tới, gây chú ý với cấu hình mạnh mẽ, pin dung lượng lớn và hệ thống camera cao cấp.
Thị trường chứng khoán ngày 07/04: Thanh khoản rơi xuống mức thấp nhất kể từ đầu năm

Thị trường chứng khoán ngày 07/04: Thanh khoản rơi xuống mức thấp nhất kể từ đầu năm

Thị trường chứng kiến dòng tiền co cụm và rơi xuống mức thấp nhất từ đầu năm và VN Index lưỡng lự quanh đường MA20. Trong khi đó, nhóm chứng khoán bất ngờ “dậy sóng” cuối phiên với thông tin liên quan đến nâng hạng thị trường.
Doanh nghiệp và nhà trường chung tay giải bài toán đào tạo đại học

Doanh nghiệp và nhà trường chung tay giải bài toán đào tạo đại học

Ông Dago Caceres, Phó Chủ tịch cấp cao kiêm Tổng Giám đốc mảng phụ gia chuyên dụng của Tập đoàn Ashland vừa tới Việt Nam, và có một buổi thảo luận quan trọng với Trường Hóa và Khoa học Sự sống - Đại học Bách khoa Hà Nội về vấn đề định hình lại cách đào tạo.
song-gia-tri