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

dai-hoi-dang
Tin bài khác
Tái bản nhiều ấn phẩm đặc biệt chào mừng Đại hội Đảng lần thứ XIV

Tái bản nhiều ấn phẩm đặc biệt chào mừng Đại hội Đảng lần thứ XIV

Chủ tịch Hồ Chí Minh là người thầy vĩ đại của cách mạng Việt Nam, người sáng lập và rèn luyện Đảng ta, người Cha kính yêu của toàn dân tộc. Thiết thực chào mừng Đại hội XIV của Đảng, Nhà xuất bản Chính trị quốc gia Sự thật tái bản các công trình đồ sộ: Hồ Chí Minh Toàn tập (15 tập), Hồ Chí Minh - Biên niên tiểu sử (10 tập) và Chủ tịch Hồ Chí Minh - Ngày này năm xưa (2 tập). Những tư liệu quý giá này góp phần bồi đắp niềm tin, bảo vệ nền tảng tư tưởng của Đảng, đưa dân tộc Việt Nam vững bước vào kỷ nguyên vươn mình phát triển.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/1/2026: Tuổi Sửu không nên vội vàng, tuổi Tuất lạc quan

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/1/2026: Tuổi Sửu không nên vội vàng, tuổi Tuất lạc quan

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 16/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Hội nghị Bộ trưởng Số ASEAN lần thứ 6: Chung tay kiến tạo không gian số an toàn, bao trùm

Hội nghị Bộ trưởng Số ASEAN lần thứ 6: Chung tay kiến tạo không gian số an toàn, bao trùm

Sáng 15/01/2026, tại Hà Nội, Hội nghị Bộ trưởng Số ASEAN (ADGMIN) lần thứ 6 do Việt Nam đăng cai tổ chức đã chính thức diễn ra.
Thị trường chứng khoán ngày 15/1: Cổ phiếu trụ bị chốt lời hàng loạt, VN Index điều chỉnh phiên thứ hai liên tiếp

Thị trường chứng khoán ngày 15/1: Cổ phiếu trụ bị chốt lời hàng loạt, VN Index điều chỉnh phiên thứ hai liên tiếp

Dù VN Index tiếp tục giảm điểm và khối ngoại tăng cường bán ròng, thị trường không rơi vào trạng thái tiêu cực. Dòng tiền có dấu hiệu rời nhóm trụ để tìm đến midcap, giúp số mã tăng vẫn chiếm ưu thế và nhiều nhóm ngành hồi phục tích cực.
Hơn 600 phóng viên Việt Nam và quốc tế sẽ tác nghiệp tại Đại hội XIV của Đảng

Hơn 600 phóng viên Việt Nam và quốc tế sẽ tác nghiệp tại Đại hội XIV của Đảng

Trung tâm Báo chí Đại hội XIV của Đảng chính thức khai trương vào chiều 14/1, tại Trung tâm Hội nghị Quốc gia, phục vụ cho hơn 600 nhà báo, phóng viên Việt Nam và quốc tế sẽ tham gia tác nghiệp tại Đại hội XIV của Đảng.
An ninh mạng Việt Nam 2025: Số vụ tấn công giảm, rủi ro với doanh nghiệp lại tăng

An ninh mạng Việt Nam 2025: Số vụ tấn công giảm, rủi ro với doanh nghiệp lại tăng

Dù tổng số cuộc tấn công mạng trong năm 2025 giảm gần 20% so với năm trước, hơn một nửa cơ quan, doanh nghiệp tại Việt Nam vẫn ghi nhận thiệt hại. Báo cáo mới của Hiệp hội An ninh mạng quốc gia cho thấy tin tặc đang chuyển sang các chiến lược tấn công có chọn lọc, tinh vi hơn, trong khi nhiều tổ chức vẫn thiếu hụt nghiêm trọng về nhân lực và giải pháp bảo mật.
Thị trường chứng khoán ngày 14/1: Áp lực chốt lời xuất hiện, VN Index rơi hơn 30 điểm rồi bật ngược cuối phiên

Thị trường chứng khoán ngày 14/1: Áp lực chốt lời xuất hiện, VN Index rơi hơn 30 điểm rồi bật ngược cuối phiên

Áp lực chốt lời bùng lên khá mạnh sau khi VN Index vượt 1.900 điểm khiến chỉ số có lúc rơi thẳng về vùng 1.870 điểm. Tuy nhiên, dòng tiền bắt đáy nhập cuộc mạnh mẽ đã giúp thị trường rút chân ấn tượng, thanh khoản vọt lên gần 46,4 nghìn tỷ đồng.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/1/2026: Tuổi Dần cơ hội kiếm tiền, tuổi Thân không mấy suôn sẻ

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/1/2026: Tuổi Dần cơ hội kiếm tiền, tuổi Thân không mấy suôn sẻ

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 15/1/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Chào năm mới 2026: Tạp chí Thanh niên cùng tuổi trẻ Việt Nam tự hào, vững tin theo Đảng

Chào năm mới 2026: Tạp chí Thanh niên cùng tuổi trẻ Việt Nam tự hào, vững tin theo Đảng

Năm 2025 khép lại với nhiều dấu mốc quan trọng của đất nước, là năm gắn với những sự kiện trọng đại của Đảng, của dân tộc và của báo chí cách mạng Việt Nam. Đồng thời, đây cũng là năm cả hệ thống chính trị chuyển động mạnh mẽ trong sắp xếp, tinh gọn tổ chức bộ máy; môi trường truyền thông thích ứng nhanh trước sự phát triển vượt bậc của công nghệ số; yêu cầu tuyên truyền, phổ biến chủ trương, đường lối, nghị quyết của Đảng, pháp luật của Nhà nước ngày càng đặt ra tiêu chuẩn cao hơn, nhanh hơn, hiệu quả hơn đối với mỗi cơ quan báo chí, nhất là các cơ quan có tính chất lý luận, nghiệp vụ như Tạp chí Thanh niên.
Thứ trưởng Bộ KH&CN Bùi Thế Duy giữ chức vụ mới

Thứ trưởng Bộ KH&CN Bùi Thế Duy giữ chức vụ mới

Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ Bùi Thế Duy được điều động, bổ nhiệm giữ chức Phó Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
song-gia-tri