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

chao-mung-ngay-bao-chi
Tin bài khác
Chính thức công bố Chương trình Chuyển đổi số chợ truyền thống và tiểu thương

Chính thức công bố Chương trình Chuyển đổi số chợ truyền thống và tiểu thương

Ngày 14/6/2025, tại TP.HCM, Cục Thương mại điện tử và Kinh tế số (Bộ Công Thương) chính thức phát động Chương trình Chuyển đổi số tiểu thương chợ truyền thống.
Quốc hội chốt áp thuế suất ưu đãi 10% cho báo chí

Quốc hội chốt áp thuế suất ưu đãi 10% cho báo chí

Luật Thuế thu nhập doanh nghiệp (sửa đổi) quy định áp mức thuế suất ưu đãi 10% đối với thu nhập của các cơ quan báo chí.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VietinBank nhân tài là trái tim chuyển đổi số

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: VietinBank nhân tài là trái tim chuyển đổi số

Tuần qua, nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: MB tặng miễn phí ứng dụng bán hàng và xuất hóa đơn điện tử; VietinBank: Nhân tài là trái tim của chuyển đổi số; SHB đồng hành kiến tạo hệ sinh thái số quốc gia...
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/6/2025: Tuổi Hợi bước tiến đáng kể, tuổi Dần nguy cơ mất tiền

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 15/6/2025: Tuổi Hợi bước tiến đáng kể, tuổi Dần nguy cơ mất tiền

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 15/6/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Thủ tướng ban hành danh mục công nghệ chiến lược: Robot và tự động hóa là trọng tâm phát triển

Thủ tướng ban hành danh mục công nghệ chiến lược: Robot và tự động hóa là trọng tâm phát triển

Danh mục công nghệ chiến lược quốc gia vừa được Thủ tướng ban hành bao gồm những lĩnh vực cốt lõi như AI, robot, chip, tự động hoá,… nhằm xây dựng nền tảng cho phát triển bền vững, nâng cao năng lực cạnh tranh của Việt Nam trong kỷ nguyên công nghệ.
AI - Siêu trí tuệ hay chỉ là một công cụ thời đại?

AI - Siêu trí tuệ hay chỉ là một công cụ thời đại?

Cuối tháng 5-2025, tạp chí danh tiếng The New Yorker cho đăng tải một bài viết làm dậy sóng cả giới công nghệ lẫn xã hội, khi khơi dậy cuộc tranh luận gay gắt giữa hai thái cực về tương lai trí tuệ nhân tạo (AI). Bài viết như một lời hiệu triệu, nhắc nhở công chúng nhìn nhận nghiêm túc về công nghệ đang dần tái định nghĩa cả nền văn minh nhân loại.
Trung Quốc triển khai trung tâm thương mại dưới nước chạy bằng năng lượng điện gió

Trung Quốc triển khai trung tâm thương mại dưới nước chạy bằng năng lượng điện gió

Trung Quốc đã chính thức ra mắt dự án trung tâm dữ liệu thương mại dưới nước (UDC) đầu tiên trên thế giới, sử dụng năng lượng từ một trang trại điện gió ngoài khơi tại Thượng Hải.
Sáp nhập tỉnh thành không ảnh hưởng đến đề thi THPT 2025

Sáp nhập tỉnh thành không ảnh hưởng đến đề thi THPT 2025

Sau sáp nhập còn 34 tỉnh thành, sẽ có sự thay đổi về địa lý, vì vậy nhiều đơn vị đào tạo lo ngại việc này ảnh hưởng đến môn thi Đia lý. Tuy nhiên, đại diện Bộ GDĐT cho biết sự thay đổi này không ảnh hưởng đến nội dung đề thi THPT 2025 sắp tới.
Việt Nam - Thụy Điển trở thành Đối tác chiến lược về khoa học-công nghệ và đổi mới sáng tạo

Việt Nam - Thụy Điển trở thành Đối tác chiến lược về khoa học-công nghệ và đổi mới sáng tạo

Trong khuôn khổ chuyến thăm chính thức Thụy Điển, sáng 13/6 (giờ địa phương), Thủ tướng Chính phủ Phạm Minh Chính đã có cuộc hội đàm với Thủ tướng Thụy Điển Ulf Kristerson.
Dự thảo Nghị định 24 (sửa đổi): DOJI, PNJ, SJC và ngân hàng nào đủ sức sản xuất vàng miếng và nhập khẩu vàng?

Dự thảo Nghị định 24 (sửa đổi): DOJI, PNJ, SJC và ngân hàng nào đủ sức sản xuất vàng miếng và nhập khẩu vàng?

Những thay đổi trong dự thảo Nghị định 24 được kỳ vọng sẽ không chỉ mở ra cơ hội kinh doanh cho các doanh nghiệp và ngân hàng đủ năng lực, mà còn góp phần minh bạch hóa thị trường vàng.
siement
Quảng cáo
moxa