Đang tải... (xem toàn văn)
Tiiu ban Khoa hgc V$t ligu NGHlfeN CUtJ PHAT TRiEN PIN NBStN LIEU MANG TRAO D 6 I PROTON SU" DVNG NHlfeN LI|;U HYi)RO (PEMFC) Pham Thy San'''', Chang Rae Lee^ Vii Dmh Lam'''', Do Chi Lmh'''' '''' Vien Khoa hgc vd[.]
Tiiu ban: Khoa hgc V$t ligu NGHlfeN CUtJ PHAT TRiEN PIN NBStN LIEU MANG TRAO D I PROTON SU" DVNG NHlfeN LI|;U HYi)RO (PEMFC) Pham Thy San', Chang Rae Lee^ Vii Dmh Lam', Do Chi Lmh' ' Vien Khoa hgc vdt lieu (IMS), Vien Hdn lam Khoa hgc vd Cdng nghe Viet Nam (VAST) ^ Korea Institute of Material Science (KIMS) Tdm tat Pin nhien lieu mang trao ddi proton (PEMFC) sii dung nguyen lieu dau vao hydrd va dxy uong khdng hiia hen la ngudn dien thay the ttong tuong lai c6 niudu uu didm nhu: hieu sudt chuyen hda nang lupng cao, mat dp nang lupng va di^ nang rit Idn, khdng tao cac chit thai cho mdi trudng Tu nam 2010, Vi?n Khoahpc Vat lieu da bit diu tien hanh cac nghien ciiu ve pin nhien lieu PEMFC Cac nghien ciiu vg xuc tac cho pin nhien lieu, cdng nghp che tao dien cue mang (MEA), cac nghien cihi vh ciu hinh dien cue bipolar, ch^ tao bd pin nhien lieu., da dupe tidn hanh Trong bao cao nay, chiing tdi trinh bay mpt tdng quan ve nghidn ciiu phat trien pin nhien li^u PEMFC Cac kdt qua nghien cuu phat tridn vat lieu xiic tac hpp kun kich thudc nano tten ca sd Platin: Pt/C va PtNi/C va cac anh hudng ciia chd dp cdng nghd che t^o len tinh chit dien eye mang (MEA) dupe dd cap vd thao ludn Cudi ciing mpt bp pin ghep PEMFC cdng suit nhd (khoang SOW) ciing da dupe thiet kd va gidi thieu Tir khoa PEMFC, MEA, catalyst, Pt/C, stack MdDAU Hien nay, cac ngudn nhien lieu hda thach cd ttong tu nhien ttdn the gidi nhu: dau hda, than da, ga tu nhidn cang can kiet, vi vay vide tim kidm cac nguon nang lupng mdi thay the than thipn vdi mdi trudng ttd nen cap thiet tai nhidu nude tren thd gidi Trong cac ngudn nang lupng mdi cd kha nang lya chpn chang ban nhu: nang lupng mat ttdi, nang lupng gid, nang lupng hat nhan, dia nang lupng, v.v cd mpt ngudn nang lupng hiia hen la Pin nhidn lipu Vide nghien ciiu va phat trien cua pin nhien lieu dupe b i t dau tir nhung nam d^u 1800 Sir William Grove, mdt nhd hda hpc vd luat su vd sang chd da dupe coi la cha de cua khoa hpc pin nhien lieu cac minh hpa thyc nghiem ndi tidng ciia dng vh pin nhidn lieu Sii dyng kidn thiic vd dien phdn dd dinh nghia mdt qua trinh ngupc lai, Grove da thdnh cdng ttong xay dung mdt thiet bi kdt hpp H2 va 62 san xuit dien Thidt bi dupe gpi ten ban dau la mpt pin vd sau da dupe bidt ddn rpng rai Id mdt pin nhien lieu Cdc nghien ciiu sau hon vd pin nhien lieu da dupe tidp tuc the ky 20 Nam 1959, Francis Thomas Bacon, mot ky su ngudi Anh, da minh hpa mgt pin nhidn heu van hanh day du ddu tidn Ket qud ciia dng da gay i n tupng manh vi nhan dupe chiing nhan vd tai ttp br NASA Dac biet, PEMFC va Pin nhien Ii?u ki&n (AFC) da dupe NASA su dung thyc td ttong nhirng nam 1960 ttong cac tin vu try Gemini vd Apollo Cdc pin nhidn lidu da duoc NASA dat hang ridng vdi nhidn li?u Iii O2 va H2 tinh khiet Ngdy nay, pin nhidn lieu duoc sir dung ttong giao thdng, tram di?n vd cdc ling dyng xdch tay dupe tdi ttp bdi cac cdng ty tu nhdn vd nha nude [1-4] Pin nhien lieu Id gi? Pin nhidn lieu Id mpt thiet bi chuyen hda nang lupng hda hpc tryc tidp thdnh ndng lupng dien Hai phdn nhien lieu co ban sir dung dd pin nhidn lieu boat ddng la hydro va dxy va san pham sinh la dien, nhiet va nude Ngudn nang lupng mdi ndy se khdng bao gid can kiet vt chung ta cd mpt ngudn cung 272 Tuyin t$p Hgi nghj Khoa hgc k^ ni$m 40 n§m ViSn H^n ISm KHCNVN - H^ N^t, 07/10/2015 cl|> dxy vd tan trdn ttdi dit vd hydro cd the duac chd tao tir nude, xang ddu, ty nhien, than, metan, metanol vd etanol Chinh vi vay, pin nhidn lieu hiia hen mang lai cho chiing ta ngudn nang luong ttong sach va dupe coi la cdc thiet bi chuydn hda ndng lupng cua tuong lai Hinh bieu didn md hinh dien hinh ciia mpt pin nhidn lieu bao gom andt cho phan ling dxy hda H2 va catot cho phdn ung khir O2 Hai dien cue dupe nam ddi xirng qua mot mang dien ly Cac dien eye se xiic tdc cho cdc phan ling dien hda xay va dien tii tao se duac di qua mach dien ngoai tao di?n Nhiet dp van hdnh ciia cdc pin nhidn lieu se khdc thudc vdo vdt lieu mang sxt dung Bdng liet ke cdc dang chung nhdt cua cdc pin nhidn lieu vdi nhiet dp 1dm vi$c, dien cue, vat lieu chat dien ly vd cdc phdn iing dien eye [3-6] & • , ^ Ekctncal Collectors Khdng kbi HjO ' Kh6ng Anot T^ ' Calol Mang dien ly Hinh Sa cdu tao vd nguyen ly lam viec cua mgt pin nhien li^u dien hinh Dang pin nhien lifu Pin nhien li^u mdng trao doi proton (PEMFC) Pin nhiin li^u sir difngtruc tiep Methanol (DMFC) Pin nhien li?u kiem (AFC) Pin nhien li^u axil photphori c (PAFC) Hinh Cdu tao diin hinh cua mgt PEMFC Phan img dien ctrc Chat difnly V^t lifu xuc tac Nhiet lam viec Mdng ttao ddi proton Pttji anot va catot 60140°C Mdng trao ddi proton Pt-Ru tai anot va Pttai catot 3080°C KOH Kim loai khong qui hiera 150200°C H2+20H-=H20+2e H3PO4 Pttai anot va catot 180200°C H: = 2H" + 2e Anot Cat6t H2 = i r + 2e l/202 + 2H* + 2e = H2O CH30H+H,0=CO,+6 if 273 3/2O2 + i r + 6e = BHjO l/202+H20+2e=20 1/20, + 2H* + 2e = H2O Tiiu ban: Khoa hgc V$tliSu Pin nhien lieu muoi carbonat e nong chdy (MCFC) Pin nhien lieu mdng oxit rdn (SOFC) Li.COa / K2CO3 Zrben bda bdiYt Kim loai khdng qui hidm 650"C H2+CO3-" =H204€02+2e Nitai andt va cac oxit perovkite s tai catdt 1000** C H2+0^"=H20+2e l/202 + C02 + 2e = COj^" l/202+2e=0^- •;• PIN NHlfeN LIEU PEMFC CAC VAN BE NGHlfcN ClTU VA iTNG DUNG Fin nhien lieu PEMFC: cac vin de nghien cihi va ihig dung 2.1 Cdu tao vd nguyin ly ho^t dpng cua PEMFC Trong sd cac dang pin nhidn lipu thi pin nhidn lieu mdng ttao ddi proton PEMFC sii dung nguydn lieu diu vdo la hydrd va dxy ttong khdng dupe cac nha khoa hpc ttdn thd gidi tap trung nghidn ciiu nd cd nhidu uu diem; khdng gay dn, linh boat, c6 hieu suit chuydn hda nang lupng kha cao (cd the len tdi ttdn 60%), mat dp nang lucmg vd dien nang rit Idn, khdi dpng tuong ddi nhanh, lam viec tai nhi?t dp khdng cao (10Wi/) Hinh Thi phdn ung dung cua cdc PEMFC ban ndm 2008 Hinh Hinh dnh mot so xe buyt dugc su dung & Chau Au vd Trung Quoc u Cdc dtd trgng tdi nhe Trong nhiing nam qua thi trudng dtd sii dung pin nhidn lieu ttgng tai nhe dupe dan dat bdi cdc hang Honda, GM Hang Honda da bat dau chuyen xe nhan hieu FCX Clarity tdi nam va bac California va d day chiing da dupe cho mpt sd khdch hang thud nam vdi gid 600$/thang Nam 2007, GM qua chuang ttinh 'Project Driveway' da chuydn hon 100 dtd pin nhien lieu Chevrolet Equinox tdi Califomia, Washington DC va New York va ddn thdng 9-2009 da di duac hon 1,000,000 dam Huyndai-Kia da thdng bao san xudt Kia Borrego SUV va hang Daimler hy vpng sdm cdng bd san pham mdi B-class ciia hp Volkswagen dang thir nghiem Passat Lingyu ttong Toyota tidp tyc sdn xuit mpt sd it FCHV-adv Hau bdt cdc xe deu dang chuyen tdi Califomia dd trinh Idng va thu nghiem vi day la mdt thi trudng hdng d i u ciia dtd pm nhidn lieu lugt vd dtd khdng cd thai vd su ton tai ciia co sd tdng nhidn lieu hydro [15-17] b Oto buyt, tTng dung cdc PEMFC cho phuang tidn van tdi cdng cpng xe buyt dupe chinh phu cac nude phat tridn uu tidn tap trung nghien ciiu Mpt vai dy an da dupe dau tu nhu US National Fuel Cell Bus Program vd Europe's Fuel Cell and Hydrogen Joint Technology Initiative Nam 2003, cd sd lupng xe buyt dung PEMFC duoc ban cao nhit hang Daimler san xudt cho cac chuang trinh CUTE Chau Au, ECTOS va STEP cua Uc Stockholm su dung xe buyt pin nhien lieu Mercedes-Benz Citaro cd hai bp pin nhien lieu vdi didn nang tdng la 250kW vd bmh chiia hydro 40kg tai dp suat 350 bar cung c i p nhidn lieu cho khoang van hdnh 200km Hien nay, hon mpt nua sd xe buyt pin nhidn lieu duoc sii dung d Chau Au, mdt phan tu d Chau A va 15% d Bac My [18, 19] 275 Tiiu ban: Khoa hgc Vat lieu c Cdc phucmg tien van tdi khdc Cdc PEMFC cdn dupe iing dung ttong mdt sd linh vyc giao thdng khac bao g6m cdc xe dap di?n, cdc phuang tifn van chuydn vdt lidu nhu xe ndng, cdc he thdng di^n phy tro cho van tdi dudng bp, bidn vd cdc thiet bi bay khdng ngudi ldi Hwang da phat trien xc dap didn cd ngudn dien la bd phi 40 chide cd cdng suit cao nhdt 378W, tdc dp tdi da 16.8km/h vd hieu suit ban 35% Beckhaus da ddnh gid pin nhien lipu 300W sir dung ngudn didn phu ttp cho cdc du thuydn giai tri [20-22] 2.2.2 Cac irng dung xdch toy 200S 300e 2007 ZOOS Hinh So lugng cdc pin nhien lieu cdm lay bdn hdng nam khodng thdi gian tir 2005-2009 Hinh Hinh dnh mgt so PEMFC diing cho thiet bi dien tir xdch tay Nhu cau vd ngudn cua cac thidt hi didn cam tay khdng duoc thda man bdi cong ngh$ pin hien tai bdi vi dung lupng didn thap vd thdi gian nap dien ddi Hai vin dg cd the dupe giai quyet ndu su dung pin nhien lieu xach tay San lupng toan cdu cua cac pm nhidn lieu xach tay da tang hen tuc nbu tten hinh Hon hai pban ba cdc pin nhien lieu ndy la cac PEMFC, mpt phan tu Id cac DMFC va 6% cdn lai khdng hen quan toi cdng ngh? PEM Khoang cdng sudt thay ddi ciia cac thidt bi cdm tay la 5-50W vd mot sd phat trien tap ttung vdo miic