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

vcca2026
Tin bài khác
Nhận định phiên giao dịch ngày 30/6: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán

Nhận định phiên giao dịch ngày 30/6: Ưu tiên nắm giữ cổ phiếu ngân hàng, chứng khoán

VN-Index giảm gần 17 điểm trong phiên giao dịch 29/6 do chịu áp lực lớn từ nhóm cổ phiếu Vingroup, song diễn biến thị trường cho thấy dòng tiền vẫn đang có xu hướng lan tỏa sang nhiều nhóm ngành. Các công ty chứng khoán khuyến nghị nhà đầu tư ưu tiên nắm giữ các cổ phiếu thuộc nhóm ngân hàng, chứng khoán - những lĩnh vực đang thu hút dòng tiền mạnh.
Ra mắt Nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia

Ra mắt Nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia

Trong khuôn khổ hội thảo triển khai các chương trình và chính sách đào tạo nhân lực STEM do Bộ Giáo dục và Đào tạo tổ chức vào chiều ngày 27/6, tại Đại học Bách Khoa Hà Nội, Ban tổ chức đã ra mắt nền tảng quản trị đào tạo và phát triển nguồn nhân lực chiến lược quốc gia.
111 ngành khoa học, kỹ thuật, công nghệ được cấp học bổng

111 ngành khoa học, kỹ thuật, công nghệ được cấp học bổng

Danh mục ngành mà sinh viên được nhận học bổng theo Nghị định 179 được Bộ Giáo dục và Đào tạo công bố ngày 28/6. Bộ cho biết sẽ xem xét cập nhật nếu phát sinh các ngành mới thuộc nhóm này.
Thị trường chứng khoán ngày 29/6: Cổ phiếu Vingroup gây áp lực, VN-Index giảm gần 17 điểm dù sắc xanh lan tỏa

Thị trường chứng khoán ngày 29/6: Cổ phiếu Vingroup gây áp lực, VN-Index giảm gần 17 điểm dù sắc xanh lan tỏa

Thị trường chứng khoán khởi đầu tuần giao dịch với diễn biến trái chiều khi phần lớn nhóm cổ phiếu ghi nhận sắc xanh, song áp lực giảm mạnh từ nhóm cổ phiếu Vingroup đã kéo VN-Index lùi gần 17 điểm.
D’. Diamant Bleu: ‘Gen vị trí’ định hình chuẩn sống xanh đắt giá

D’. Diamant Bleu: ‘Gen vị trí’ định hình chuẩn sống xanh đắt giá

Với mã “gen vị trí” đắc địa cùng lợi thế kề công viên và hồ điều hoà, các căn hộ D'. Diamant Bleu đang định hình lại tiêu chuẩn sống xanh đắt giá giữa lòng đô thị hiện đại.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/6/2026: Tuổi Mùi đón quý nhân phù trợ, tuổi Dậu cần thận trọng tài chính

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 30/6/2026: Tuổi Mùi đón quý nhân phù trợ, tuổi Dậu cần thận trọng tài chính

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 30/6/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
Từ “thiết kế đẹp” đến “thiết kế để sống”: Masterise Homes định chuẩn “sống hàng hiệu” tại giải thưởng kiến trúc châu Á

Từ “thiết kế đẹp” đến “thiết kế để sống”: Masterise Homes định chuẩn “sống hàng hiệu” tại giải thưởng kiến trúc châu Á

Một công trình chỉ thực sự ghi dấu khi kiến trúc vượt lên trên giá trị thẩm mỹ để kiến tạo những trải nghiệm sống bền vững và góp phần định hình diện mạo đô thị. Việc bán đảo SOLA tại The Global City và tòa tháp đôi One Central Saigon được vinh danh tại Asia Architecture Design Awards 2026 (AADA) tiếp tục khẳng định năng lực “kiến tạo trải nghiệm xứng tầm” của Nhà định chuẩn Masterise Homes bằng tư duy quy hoạch dài hạn, thiết kế có chiều sâu và trải nghiệm cư dân được đặt ở trung tâm của hệ tiêu chuẩn hàng hiệu.
Mô hình hệ sinh thái robot phẫu thuật đa kết nối đầu tiên và duy nhất tại Việt Nam

Mô hình hệ sinh thái robot phẫu thuật đa kết nối đầu tiên và duy nhất tại Việt Nam

Hệ thống Y tế Vinmec vừa chính thức khai trương hệ thống Trung tâm Phẫu thuật Robot Công nghệ cao, đánh dấu bước tiến mới của y học Việt Nam. Không chỉ đầu tư các nền tảng robot phẫu thuật tiên tiến hàng đầu thế giới, Vinmec còn tiên phong xây dựng hệ sinh thái phẫu thuật robot đa chuyên khoa, đa bệnh viện và đa đối tác công nghệ quốc tế, mở rộng cơ hội tiếp cận các kỹ thuật điều trị hiện đại cho người dân trên cả nước.
Công nghệ len lỏi vào cuộc sống qua robot pha cà phê & AI chọn hoa

Công nghệ len lỏi vào cuộc sống qua robot pha cà phê & AI chọn hoa

Thời gian gần đây, thông tin về một quán cà phê ‘không người pha’ gần đầu cầu Sài Gòn có tên Blooms and Brews by Ellum Saigon đã thu hút sự quan tâm của cộng đồng mạng. Nghe thì có vẻ rất ‘tương lai’, nhưng liệu đây là một bước tiến về dịch vụ hay là một hình thức marketing mới lạ?
Trung tâm Design Factory đầu tiên tại Việt Nam được xây dựng theo chuẩn quốc tế

Trung tâm Design Factory đầu tiên tại Việt Nam được xây dựng theo chuẩn quốc tế

Chiều 27/6, Đại học Bách khoa Hà Nội ra mắt Không gian Đổi mới sáng tạo liên ngành (Interdisciplinary Design Factory) - trung tâm "Design Factory" đầu tiên tại Việt Nam được xây dựng theo chuẩn quốc tế.
vn-web
song-gia-tri
gao-doc