[TOP 5 NHỮNG ĐIỀU THÚ VỊ] CẦN BIẾT VỀ PIN NHIÊN LIỆU

Bên cạnh các nguồn năng lượng tái tạo đang được phát triển mạnh (năng lượng gió, năng lượng mặt trời), pin nhiên liệu đang là hướng nghiên cứu đầy triển vọng. Pin nhiên liệu cho phép cung cấp nguồn năng lượng ổn định liên tục theo yêu cầu và có khả năng tàng trữ dưới dạng nhiên liệu. Mời bạn đọc tiếp tục theo dõi bài viết dưới đây để tìm hiểu những sự thật thú vị về pin nhiên liệu nhé!

Giới thiệu pin nhiên liệu

Lịch sử phát triển pin nhiên liệu

Năm 1839 nhà khoa học tự nhiên người xứ Wales Sir William Robert Grove đã chế tạo ra mô hình thực nghiệm đầu tiên của tế bào nhiên liệu, bao gồm hai điện cực platin được bao trùm bởi hai ống hình trụ bằng thủy tinh, một ống chứa hiđrô và ống kia chứa oxy. Hai điện cực được nhúng trong axít sulfuric loãng là chất điện phân tạo thành dòng điện một chiều.

Năm 1965, NASA tiếp tục phát triển các tế bào nhiên liệu sử dụng trong chương trình Gemini.

Đến đầu thập niên 1990, nhờ chế tạo được các màng (membrane) có hiệu quả cao và các vật liệu có khả năng chống ăn mòn hóa học tốt hơn và cũng nhờ vào công cuộc tìm kiếm một nguồn năng lượng thân thiện môi trường cho tương lai tế bào nhiên liệu được phát triển mạnh.

Ngày nay khả năng sử dụng trải dài từ vận hành ô tô, sưởi nhà qua các nhà máy phát điện có công suất hằng 100 kW cho đến những ứng dụng bé nhỏ như trong điện thoại di động hoặc máy vi tính xách tay.

Khái niệm pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu là loại thiết bị năng lượng có mức thải ô nhiễm gần như “bằng 0”, thân thiện với môi trường tuy nhiên giá thành của pin nhiên liệu không hề nhỏ.

Pin nhiên liệu là thiết bị điện hóa biển đổi trực tiếp hóa năng (thường là khí hydro, methanol, ethanol, và chất oxy hóa như oxy) thành điện năng. Về cơ bản pin nhiên liệu có những thành phần và đặc điểm giống acwsquy nhưng có rất nhiều điểm khác pin thông thường là thiết bị tồn trữ năng lượng và sẽ ngừng hoạt động khi các chất hóa học được tiêu thụ hết cần phải nạp điện lại từ nguồn cung cấp điện bên ngoài, ngược lại pin nhiên liệu thì không tích trữ nhiên liệu bên trong, dòng điện trong pin được tạo ra liên tục khi có nguồn nhiên liệu bên ngoài được cung cấp trực tiếp và liên tục. So với các loại pin cổ điển, pin nhiên liệu sinh ra chất thải gây ô nhiễm môi trường rất thấp hoặc không gây ô nhiễm và lượng nước sinh ra sau phản ứng là nước sạch có thể dùng uống được.

Ưu điểm

• Độ hiệu quả cao không phụ thuộc vào độ lớn của hệ thống.
• Vận hành tế bào nhiên liệu không phát sinh tiếng ồn và sản phẩm của phản ứng chỉ là nước và cabonic (nếu sử dụng các nhiên liệu hóa thạch).
• Tế bào nhiên liệu giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ, giảm lượng cacbonic.
• Các tế bào nhiên liệu không cần động cơ quay hay các bộ phận cơ học chuyển động, do đó tăng tuổi thọ và độ tin cậy.
• Nhiệt độ vận hành khác nhau của tế bào nhiên liệu cho phép dùng cùng với turbine hay những áp dụng hơi nước nóng.

Nhược điểm

• Giá thành sản xuất pin nhiên liệu quá cao
• Pin nhiên liệu có thể tích cồng kềnh
• Các pin nhiên liệu cần có tuổi thọ tối thiểu 40.000h – ngưỡng không dễ gì vượt qua với công nghệ hiện hành.
• Chất đốt hydro khó bảo quản và vận chuyển.

Cấu tạo pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu có cấu tạo đơn giản bao gồm ba lớp nằm trên nhau:

• Lớp thứ nhất là điện cực nhiên liệu – anode.
• Lớp thứ hai là chất điện giải dẫn proton – màng.
• Lớp thứ ba là điện cực khí oxy – cathode.

Hai điện cực được làm bằng chất dẫn điện (kim loại, than chì,…). Trên bề mặt các điện cực có phủ một lớp chất xúc tác. Chất xúc tác làm bằng bột platinum, phủ rất mỏng lên giấy than hoặc vải than, rất nhám và rổ với những lỗ rất nhỏ. Mặt nhám tiếp xúc với khí hydro và oxy, mặt phẳng mềm tiếp xúc với tác nhân hóa học.

Chất điện giải được dùng từ nhiều chất khác nhau tùy thuộc vào loại của pin: có loại ở thể rắn, có loại ở thể lỏng và có cấu trúc màng. Vì một pin riêng lẻ chỉ tạo được một điện thế rất thấp cho nên tùy theo điện thế cần dùng thì nhiều pin được ghép lại với nhau, tức là chồng lên nhau. Người ta thường gọi sự chồng lớp lên nhau như vậy là stack.

Ngoài ra, hệ thống đầy đủ cần có các thiết bị phụ trợ như máy nén, máy bơm, để cung cấp các khí đầu vào, máy trao đổi nhiệt, hệ thống kiểm tra các yêu cầu, sự chắc chắn của vận hành máy, hệ thống dự trữ và điều chế nhiên liệu.

Cơ chế hoạt động pin nhiên liệu

Về phương diện hóa học pin nhiên liệu là phản ứng ngược lại của sự điện phân. Trong quá trình điện phân, nước bị tách ra thành khí hydro và oxy nhờ vào năng lượng điện. Pin nhiên liệu lấy hai chất này biến đổi chúng thành nước và tạo ra dòng điện ở mạch ngoài.

Nhiên liệu (khí H₂) được dẫn liên tục vào điện cực anode; còn chất oxy hóa, thông thường là oxy, được đưa vào cathode.

• H₂ đi qua màng xúc tác dưới tác dụng của áp suất. Khi một phân tử H2 đến tiếp xúc Pt, sẽ bị phân tách thành 2H⁺ và 2e-

Phản ứng tại anode: H₂ → 2H⁺ +2e-

• Các proton H+ di chuyển trong chất điện giải xuyên qua màng đi đến cathode. Các điện tử được giải phóng đi từ anode qua mạch bên ngoài về cathode kết hợp với khí oxy và các ion H+ sinh ra nước đồng thời tạo ra dòng điện ở mạch ngoài.

Phản ứng tại cathode: 1/2O₂ + 2e- + 2H⁺ → H₂O

Phản ứng tổng quát trong pin nhiên liệu: H₂ + 1/2 O₂ → H₂O

Ứng dụng pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu được sử dụng đầu tiên trong những lĩnh vực mà phí tổn không đóng vai trò quan trọng. Pin nhiên liệu nhẹ và hiệu quả hơn ắc quy đồng thời pin nhiên liệu đáng tin cậy và ít ồn ào hơn động cơ diesel. Những điều này giải thích tại sao giới quân sự và ngành du hành vũ trụ quan tâm đến công nghệ này rất sớm. Một số tàu thuyền trên biển cũng dùng pin nhiên liệu.

Từ 20 năm nay nhiều hãng sản xuất xe (DaimlerChrysler, Ford, Honda, Opel) đã nghiên cứu về xe sử dụng nhiên liệu hydro, sử dụng pin nhiên liệu để chuyển hóa năng lượng và dùng động cơ điện để vận hành. Kỹ thuật này đã được phát triển cho xe buýt, xe du lịch, xe tải nhẹ.

Một số vật dụng cầm tay như điện thoại di động, máy vi tính xách tay, máy quay phim, vật liệu cắm trại hay quân sự cũng đang tiến tới ứng dụng loại nguồn cung cấp năng lượng pin nhiên liệu.

Những phương pháp đánh giá, thử nghiệm pin nhiên liệu

Phân tích dung dịch điện phân trong pin nhiên liệu bằng công nghệ Quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân NMR

Đối với pin nhiên liệu, chất điện phân đóng vai trò cung cấp môi trường phân cực tự do cho các ion.

Do có nhiều loại muối, dung môi hữu cơ và phụ gia, chất điện phân với các thành phần và tỷ lệ khác nhau có thể có sự khác biệt đáng kể về độ bền nhiệt, độ ổn định hóa học, độ dẫn ion và tính tương thích của điện cực. Điều này có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của pin, tuổi thọ, sự an toàn và phạm vi ứng dụng. Do đó, việc xác định chính xác và toàn diện các đặc tính của chất điện phân cũng như hiểu và kiểm soát phương pháp hoạt động của nó là không thể thiếu trong quá trình phát triển và kiểm tra chất lượng của công nghệ pin.

Hiện tại, tất cả các loại pin thương mại và những công nghệ dự kiến đi vào sản xuất trong những năm sắp tới đều dựa trên chất điện phân ở trạng thái lỏng. Vì thế, công nghệ NMR sẽ dần trở thành một phương pháp phân tích hoàn hảo để hỗ trợ sự phát triển của pin nhiên liệu.

Máy NMR hãng Nanalysis – Canada

Phân tích cấu trúc pin nhiên liệu bằng công nghệ chụp cắt lớp vi tính CT X-ray 3D

Việc sử dụng công nghệ CT X-ray trong phòng thí nghiệm đã được xác nhận để phân tích các vật liệu cấu trúc vi mô trong tế bào pin nhiên liệu với điện cực silicon. Dựa vào kết quả thử nghiệm, chúng ta có thể định lượng với sự phân bố ba chiều của silicon trong điện cực và quan sát một số hiện tượng suy giảm trong một chu kỳ.

Máy chụp cắt lớp vi tính CT X-ray 3D hãng RX-Solutions – Pháp

 

BETA tự hào là nhà phân phối độc quyền tất cả các sản phẩm của RX-Solutions – Pháp và Nanalysis – Canada tại thị trường Việt Nam.

Với đội ngũ kỹ sư dày dặn kinh nghiệm cùng với các chuyên gia hỗ trợ từ các nhà cung cấp uy tín, chúng tôi luôn nỗ lực phấn đấu để mang đến những thiết bị độc quyền, dịch vụ có giá trị hoàn hảo nhất đến khách hàng cho thị trường trong nước.

Nguồn: Sưu tầm

Author: Cam Phan

Hãy liên hệ chúng tôi để được tư vấn cụ thể.   

CÔNG TY TNHH BETA TECHNOLOGY Số nhà 17, Đường số 12, Khu dân cư Cityland Park Hills, Phường 10, Quận Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh 0286 2727 095 – 0286 2761 581 0903 042 747 – Mr. Trung sales@betatechco.com https://betatechco.com/ – https://thinghiemxangdau.vn/ – https://thietbihoanghiem.com/ Theo dõi các tin tức mới cập nhật thường xuyên của BETA tại các kênh sau: