Luận án nghiên cứu chế tạo và khảo sát ảnh hưởng của một số thông số công nghệ lên đặc tính của pin nhiên liệu màng trao đổi proton

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU… Chương I TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON 1.1 Giới thiệu sơ lược pin nhiên liệu .6 1.1.1 Phân loại pin nhiên liệu .6 1.1.2 Ứng dụng pin nhiên liệu 1.2 Pin nhiên liệu màng trao đổi proton .9 1.2.1 Nguyên lý hoạt động 1.2.2 Nhiệt động học pin nhiên liệu màng trao đổi proton .11 1.2.2.1 Năng lượng tự Gibbs 12 1.2.2.2 Công điện lý thuyết 13 1.2.3 Hiệu suất lý thuyết pin nhiên liệu .14 1.2.4 Điện hở mạch pin nhiên liệu .14 1.2.5 Cấu tạo pin nhiên liệu .16 1.2.5.1 Điện cực màng 17 1.2.5.2 Các lưỡng cực 30 1.2.5.3 Các kênh dẫn khí .34 1.2.5.4 Các phận khác 36 1.3 Bộ pin nhiên liệu PEMFC 37 1.3.1 Cấu hình kênh rãnh dẫn khí pin đơn 37 1.3.2 Cấu hình cấp khí cho pin đơn pin .39 1.3.3 Các thông số hoạt động PEMFC .40 1.3.3.1 Nhiệt độ hoạt động 40 1.3.3.2 Ảnh hưởng độ ẩm đến hoạt động pin nhiên liệu 42 1.3.3.3 Ảnh hưởng lưu lượng áp suất khí nhiên liệu đến hoạt động pin nhiên liệu 43 1.4 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 44 Kết luận chương I 46 iii Chương II THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .47 2.1 Hóa chất vật liệu 47 2.2 Quá trình thực nghiệm .47 2.2.1 Đánh giá vật liệu xúc tác Pt/C 47 2.2.2 Chế tạo điện cực màng MEA 49 2.2.2.1 Chế tạo điện cực màng phương pháp CCS 49 2.2.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng Nafion mực xúc tác tới tính chất MEA 50 2.2.2.3 Chế tạo điện cực màng kỹ thuật DTM 50 2.2.3 Thiết kế, chế tạo pin nhiên liệu PEMFC công suất ~100W .51 2.3 Thiết bị dụng cụ .51 2.4 Các phương pháp nghiên cứu .51 2.4.1 Các phương pháp đặc trưng vật lý 51 2.4.1.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 51 2.4.1.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM .52 2.4.1.3 Phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDX) 52 2.4.1.4 Phương pháp đo đường cong phân cực U-I 52 2.4.2 Các phương pháp đo đạc đặc trưng điện hóa 54 2.4.2.1 Phương pháp qt vịng tuần hồn (CV) 54 2.4.2.2 Phương pháp phổ tổng trở điện hóa 55 Kết luận chương II 56 Chương III NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT ĐIỆN CỰC MEA 57 3.1 Đánh giá tính chất lựa chọn vật liệu xúc tác Pt/C sử dụng pin nhiên liệu (PEMFC) 58 3.1.1 Đánh giá tính chất điện hóa mẫu xúc tác Pt/C 58 3.1.1.1 Đánh giá hoạt tính xúc tác mẫu Pt/C 58 3.1.1.2 Đánh giá độ bền mẫu xúc tác Pt/C .60 3.1.2 Đánh giá tính chất vật lý vật liệu xúc tác Pt/C 62 3.2 Nghiên cứu chế tạo điện cực màng MEA phương pháp phủ xúc tác lên lớp khuếch tán 68 3.2.1 Ảnh hưởng thơng số ép nóng lên đặc trưng tính chất MEA 69 iv 3.2.1.1 Ảnh hưởng giá trị lực ép đến tính chất điện MEA 69 3.2.1.3 Ảnh hưởng thời gian nhiệt độ ép lên tính chất MEA 85 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng nafion lớp xúc tác đến tính chất điện cực màng MEA 87 3.2.3 Quy trình thích hợp chế tạo điện màng MEA phương pháp CCS 90 3.3 Nghiên cứu chế tạo điện cực màng phương pháp đề can 91 Kết luận chương III 95 Chương IV NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ PIN NHIÊN LIỆU CÔNG SUẤT 100W .96 4.1 Nghiên cứu cấu hình kênh dẫn khí lưỡng cực 96 4.2 Thiết kế, chế tạo phận pin nhiên liệu PEMFC 102 4.2.1 Tính tốn lựa chọn thiết kế cho pin nhiên liệu PEMFC 102 4.2.2 Thiết kế chế tạo phận pin nhiên liệu công suất 100 W .103 4.2.2.1 Thiết kế, chế tạo lưỡng cực .104 4.2.2.2 Thiết kế, chế tạo thu điện, vỏ pin gioăng .105 4.3 Ảnh hưởng điều kiện vận hành đến tính chất pin nhiên liệu .107 4.3.1 Tính tốn thiết kế hệ thống phân phối khí nhiên liệu .107 4.3.2 Ảnh hưởng lưu lượng khí nhiên liệu đến đặc trưng pin nhiên liệu .109 4.3.3 Ảnh hưởng độ ẩm đến tính chất pin nhiên liệu 111 4.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ hoạt động 114 4.4 Đặc tính pin PEMFC 100 W hoàn chỉnh 115 Kết luận chương IV 118 KẾT LUẬN .119 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .120 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .121 TÀI LIỆU THAM KHẢO .122 PHỤ LỤC: Các vẽ thiết kế chi tiết pin nhiên liệu PEMFC v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Một số ứng dụng pin nhiên liệu Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động PEMFC 10 Hình 1.3 Các trình xảy PEMFC vận hành 11 Hình 1.4 Cấu tạo PEMFC điển hình 17 Hình 1.5 Cấu tạo điện cực màng PEMFC 18 Hình 1.6 Cấu trúc phân tử màng polymer Nafion .18 Hình 1.7 Cấu trúc lớp xúc tác PEMFC .21 Hình 1.8 Cấu hình MEA với hai phương pháp chế tạo CCS (a), CCM (b) 26 Hình 1.9 Các phương pháp chế tạo MEA 28 Hình 1.10.Thiết bị ép nóng thủy lực 30 Hình 1.11 Tấm lưỡng cực chế tạo vật liệu graphit 31 Hình 1.12 Các loại vật liệu chế tạo lưỡng cực pin nhiên liệu 32 Hình 1.14 Các kiểu định hướng ghép pin nhiên liệu 38 Hình 1.16 Các cấu trúc làm mát cho pin nhiên liệu 41 Hình 1.17 Quá trình cân lượng nước pin nhiên liệu 42 Hình 2.1 Quy trình chế tạo MEA phương pháp phủ xúc tác lên lớp khuếch tán 49 Hình 2.2 Quy trình chế tạo MEA phương pháp phủ xúc tác lên màng 50 Hình 2.3 Sơ đồ bố trí thử nghiệm pin nhiên liệu .53 Hình 2.4 Đồ thị CV điển hình mẫu xúc tác Pt/C dung dịch H2SO4 0,5M55 Hình 3.1 Cấu tạo điện cực màng PEMFC 57 Hình 3.2 Đồ thị CV vật liệu cacbon Vulcan-72 vật liệu xúc tác Pt/C hãng FE JM dung dịch H2SO4 0,5M 59 Hình 3.3 Các chế làm suy giảm độ bền vật liệu xúc tác Pt/C .60 Hình 3.4 Đồ thị CV đánh giá độ bền 1000 chu kỳ mẫu xúc tác FE-30 dung dịch H2SO4 0,5M 62 Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn thay đổi giá trị ESA mẫu xúc tác khác sau thử nghiệm độ bền 1000 chu kỳ 62 vi Hình 3.6 Kết phân tích EDX mẫu xúc tác FE -20 (a) 30 (b) 63 Hình 3.7 Kết phân tích EDX mẫu xúc tác JM -20(a) 40(b) 64 Hình 3.8 Ảnh TEM vật liệu Cacbon Vulcan-72 với độ phóng đại 40.000 80.000 lần 65 Hình 3.9 Ảnh TEM với độ phóng đại 80.000 lần đồ thị phân bố kích thước hạt vật liệu xúc tác FE-20 65 Hình 3.10 Ảnh TEM với độ phóng đại 80.000 lần đồ thị phân bố kích thước hạt vật liệu xúc tác FE-30 66 Hình 3.11.Ảnh TEM với độ phóng đại 80.000 lần đồ thị phân bố kích thước hạt vật liệu xúc tác JM-20 67 Hình 3.12 Ảnh TEM với độ phóng đại 80.000 lần đồ thị phân bố kích thước hạt vật liệu xúc tác JM-40 67 Hình 3.13 Đồ thị đường cong phân cực U-I MEA chế tạo giá trị lực ép khác nhau: 17, 19, 21, 24, 28 kg/cm2 70 Hình 3.14 Đường cong phân cực lý tưởng pin nhiên liệu PEMFC 72 Hình 3.15 Đồ thị thay đổi giá trị mật độ công suất cực đại Pmax MEA chế tạo giá trị lực ép khác 73 Hình 3.16 Điện mạch hở ( OCV) điện cực màng MEA chế tạo giá trị lực ép khác nhau:17, 19, 21, 24, 28 kg/cm2 74 Hình 3.17 Đồ thị Nyquist MEA chế tạo phương pháp ép nhiệt giá trị lực ép 17, 19, 21, 24 28kg/cm2 75 Hình 3.18 Mơ hình mạch tương đương phổ EIS cho pin nhiên liệu PEMFC 75 Hình 3.19 Ảnh chụp điển hình điện cực màng MEA chế tạo lực ép khác nhau: a) 28 kg/cm2, b) 21 kg/cm2, c) 19 kg/cm2 77 Hình 3.20 Đồ thị thay đổi chiều dày MEA chế tạo giá trị lực ép khác nhau: 17, 19, 21, 24, 28 kg/cm2 .77 Hình 3.23 Mơ hình phản ứng xảy bên phần catot điện cực màng MEA .80 Hình 3.24 Mơ hình giải thích q trình phản ứng điện cực màngMEA 80 Hình 3.25 Mơ hìnhq trình chế tạo mực xúc tác 81 Hình 3.26 Mơ hình q trình tạo lớp xúc tác lên lớp khuếch tán .81 vii Hình 3.27 Mơ hình cấu trúc MEA sau ép nóng 82 Hình 3.28 Mơ hình cấu trúc MEA với lực ép khác 83 Hình 3.29 Ảnh SEM mặt cắt ngang MEA chế tạo giá trị lực ép 19 kg/cm2 83 Hình 3.30 Ảnh SEM mặt cắt ngang MEA chế tạo giá trị lực ép 24 kg/cm2 84 Hình 3.31 Ảnh SEM mặt cắt ngang MEA chế tạo giá trị lực ép 28 kg/cm2 84 Hình 3.32 Đặc trưng cơng suất phụ thuộc thời gian nhiệt độ ép .87 Hình 3.33 Mơ hình vật liệu xúc tác phủ chất dẫn ion Nafion (catot) 87 Hình 3.34 Đường cong phân cực U-I MEA với hàm lượng Nafion khác 89 Hình 3.35 Đặc trưng cơng suất theo dịng điện MEA với hàm lượng Nafion khác 89 Hình 3.36 Mơ hình lớp xúc tác sử với hàm lượng Nafion khác a) Nafion với hàm lượng thấp; b) Nafion với hàm lượng tối ưu; c) Nafion với hàm lượng cao 90 Hình 3.37 Quy trình chế tạo MEA phương pháp phủ xúc tác trực tiếp lên lớp khuếch tán 91 Hình 3.38 Một số hình ảnh trình chế tạo điện cực màng theo phương pháp đề can 92 Hình 3.39.Ảnh SEM mặt cắt ngang điện cực màng MEA chế tạo phương pháp đề can 93 Hình 3.40 Các đồ thị đường cong phân cực U-I P-I MEA chế tạo phương pháp đề can (DTM) phương pháp CCS .94 Hình 4.1 Mơ hình cấu trúc pin nhiên liệu 96 Hình 4.2 Thiết kế cấu hình Bipolar rãnh gấp khúc .98 Hình 4.4 Thiết kế cấu hình Bipolar rãnh gấp khúc .98 Hình 4.5 Bipolar chế tạo có cấu hình Bipolar rãnh gấp khúc 99 Hình 4.6 Thiết kế cấu hình Bipolar rãnh gấp khúc .99 Hình 4.7 Bipolar chế tạo có cấu hình Bipolar rãnh gấp khúc 99 Hình 4.8 Đường cong phân cực mẫu Bipolar có cấu hình kênh dẫn khác 100 viii Hình 4.9 Đặc trưng cơng suất mẫu Bipolar có cấu hình kênh dẫn khác 100 Hình 4.10 Cấu hình cấp khí “kiểu chữ U” cho pin nhiên liệu PEM 103 Hình 4.11 Thiết kế lưỡng cực Bipolar 105 Hình 4.12.Các lưỡng cực Bipolarđã gia cơng chế tạo 105 Hình 4.13 Thiết kế thu điện 105 Hình 4.14 Chế tạo thu điện .106 Hình 4.15 Thiết kế vỏ pin nhiên liệu .106 Hình 4.16 Chế tạo vỏ pin nhiên liệu 107 Hình 4.17 Hình ảnh gioăng nhựa phủ nafion gioăng cầu cao su 107 Hình 4.18 Ảnh hưởng lưu lượng khí Hydro đến hiệu suất PEMFC 109 Hình 4.19 Ảnh hưởng lưu lượng khí Oxy đến hiệu suất PEMFC 111 Hình 4.20 Mối liên hệ độ ẩm, nhiệt độ hoạt động nhiệt độ bình tạo ẩm PEMFC 112 Hình 4.21 Đồ thị đường cong phân cực U-I pin nhiên liệu làm việc độ ẩm tương đối khác khí nhiên liệu đầu vào 113 Hình 4.22 Đồ thị đường cong phân cực U-I pin nhiên liệu làm việc độ ẩm tương đối khác khí nhiên liệu đầu vào 113 Hình 4.23 Đồ thị đường cong phân cực U-I pin nhiên liệu làm việc nhiệt độ hoạt động khác 115 Hình 4.24 Phân bố cường độ dòng điện pin theo nhiệt độ hoạt động .115 Hình 4.25 Bộ pin nhiên liệu PEM gồm 10 pin đơn .116 Hình 4.26 Sự phân bố điện pin đơn pin nhiên liệu .117 Hình 4.27 Đặc trưng U-I công suất pin nhiên liệu PEM chế tạo 117 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đặc trưng loại pin nhiên liệu sử dụng phổ biến .7 Bảng 1.2 Phân loại ứng dụng pin nhiên liệu theo công suất đầu Bảng 1.3 Các loại màng Nafion thương mại 19 Bảng 1.4 Tổng hợp giá trị hàm lượng Nafion nghiên cứu 24 ix Bảng 1.5 So sánh ưu nhược điểm phương pháp chế tạo MEA 28 Bảng 1.6 So sánh ưu nhược điểm loại vật liệu làm lưỡng cực 33 Bảng 1.7 Các cấu hình kênh dẫn khí nghiên cứu .35 Bảng 2.1 Hóa chất vật liệu sử dụng luận án 47 Bảng 3.1 Giá trị diện tích hoạt hóa điện hóa ESA mẫu xúc tác Pt/C hãng FE JM 60 Bảng 3.2 Sự thay đổi giá trị ESA sau thử nghiệm độ bền 1000 chu kỳ mẫu xúc tác Pt/C khác 61 Bảng 3.3 Kích thước trung bình hạt kim loại mẫu xúc tác Pt/C 66 Bảng 3.4 Sự thay đổi điện hở mạch theo lực ép .74 Bảng 3.5 Các giá trị Rs Rct ngoại suy từ phổ EIS MEA chế tạo giá trị lực ép khác 76 Bảng 3.6 Sự thay đổi chiều dày MEA theo lực ép 77 Bảng 3.7 Chiều dày biến dạng màng nafion 212 MEA chế tạo phương pháp ép nóng giá trị lực ép khác 85 Bảng 3.8 Sự thay đổi công suất MEA theo nhiệt độ thời gian ép 86 Bảng 3.9 Giá trị công suất cực đại điện áp 0,4V MEA với hàm lượng Nafion khác 89 Bảng 3.10 Tổng hợp đặc trưng phát điện MEA chế tạo phương pháp DTM CCS 94 Bảng 4.1 Các thông số yêu cầu thiết kế chế tạo pin nhiên liệu .104 Bảng 4.2 Các thông số yêu cầu thiết kế chế tạo lưỡng cực 104 Bảng 4.3 Các giá trị lưu lượng khí Hydro Oxy khảo sát 109 Bảng 4.4 Giá trị mật độ công suất cực đại pin nhiên liệu làm việc nhiệt độ khác 115 Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật pin nhiên liệu công suất 137 W 116 x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AFC BP CCM Alkaline fuel cell Bipolar plate Catalyst coated on membrane Pin nhiên liệu kiềm Tấm lưỡng cực Phương pháp phủ xúc tác lên màng CCS CE CV DI DMFC EDX Phương pháp phủ xúc tác lên đế Điện cực đối Phương pháp quét vòng tuần Nước khử ion Pin nhiên liệu dùng metanol trực Phổ tán xạ tia X ESA Catalyst coated on substrate Counter electrode Cyclic voltametry Deionized water Direct methanol fuel cell Energy dispersive X-ray Electrochemical impedance spectroscopy Electrochemical surface area GDL HOR MCFC Gas diffusion layer Hydrogen oxidation reaction Molten carbonate fuel cell Lớp khuếch tán khí Phản ứng oxi hóa Hydro Pin nhiên liệu muối cacbonat nóng MEA Membrane electrode assembly Điện cực màng NHE ORR PAFC PEM Normal hydrogen electrode Oxygen reduction reaction Photphoric acid fuel cell Proton exchange membrane Proton exchange membrane fuel Điện cực Hydro tiêu chuẩn Phản ứng khử ôxi Pin nhiên liệu axit photphoric Màng trao đổi proton EIS PEMFC Phổ tổng trở điện hóa Diện tích bề mặt điện hóa Pin nhiên liệu màng trao đổi proton PTFE Rct RE Rct Rs SCE SEM cell Polytetrafluoroethylene Charge transfer resistantce Reference electrode Contact resistance Resistance Saturated calomel electrode Scanning electron microscopy Nhựa PTFE khơng bám dính bề Điện trở chuyển điện tích Điện cực so sánh Điện trở tiếp xúc Điện trở tổng Điện cực so sánh calomel bão hịa Kính hiển vi điện tử qt SHE SOFC TEM WE Standard hydrogen electrode Solid oxide fuel cell Transmission electron microscopy Working electrode Điện cực hydro tiêu chuẩn Pin nhiên liệu oxit rắn Phổ điện tử truyền qua Điện cực làm việc xi MỞ ĐẦU Nhu cầu sử dụng lượng người gia tăng nhanh chóng với phát triển kinh tế - xã hội Những nguồn lượng sử dụng rộng rãi có nguồn gốc từ lượng hóa thạch: dầu mỏ, khí đốt tự nhiên, than đá Các nguồn nhiên liệu có trữ lượng hữu hạn, dần cạn kiệt Việc khai thác sử dụng nhiên liệu hóa thạch tạo vấn đề lớn mơi trường nhiễm mơi trường khí, nhiễm dầu biển, đất… Những thách thức nhu cầu lượng phát triển bền vững thúc đẩy tất nhà khoa học giới tập trung nghiên cứu nhằm tìm kiếm nguồn lượng thay có khả tái tạo Trong số tất nguồn lượng tái tạo lựa chọn như: lượng mặt trời, lượng gió, thủy điện, lượng hạt nhân, lượng địa nhiệt, lượng thủy triều , có nguồn lượng đầy hứa hẹn nhiên liệu hydro coi ứng viên sáng giá cho tương lai Cho đến nay, nhiều nước phát triển giới bắt đầu hoạch định mục tiêu hướng đến kinh tế hydro chiến lược lượng Nhiên liệu hydro nguồn nhiên liệu lí tưởng, bị đốt cháy trực tiếp sản phẩm tạo thành nước, sử dụng làm nhiên liệu pin nhiên liệu sản phẩm tạo điện, nhiệt nước Mặt khác, hydro chất khí khơng màu, khơng mùi, chiếm 75% khối lượng tồn vũ trụ Vì vậy, hydro nguồn lượng gần vơ tận hay tái sinh [1] Pin nhiên liệu thiết bị điện hóa biến đổi trực tiếp lượng hóa học nhiên liệu hydro thành điện Với hiệu suất chuyển hóa lượng cao ảnh hưởng đến mơi trường, sản phẩm q trình phát điện gồm điện, nước (một số loại cịn có thêm khí CO2), pin nhiên liệu coi nguồn lượng tiềm năng, đầy hứa hẹn tương lai Khác với động đốt trong, pin nhiên liệu chuyển hóa nhiệt thành nên hiệu suất khơng bị giới hạn hiệu suất nhiệt chu trình Carnot, kể vận hành nhiệt độ tương đối thấp Hơn nữa, pin nhiên liệu động điện sử dụng pin nhiên liệu không gây tiếng ồn động đốt Cấu tạo “động điện” sử dụng pin nhiên liệu hydro đơn giản hơn, tin cậy bền Trong dạng thiết bị phát điện điện hóa biết, ắc quy tích trữ lượng điện dạng hóa năng, nhiên, tích trữ hữu hạn Sau thời TÀI LIỆU THAM KHẢO Gupta, R.B., Hydrogen fuel: Production, Transport, and Storage 2008: CRC Press Wang, J., H Wang, and Y Fan, Techno-Economic Challenges of Fuel Cell Commercialization Engineering, 2018 4(3): p 352-360 Wang, G., et al., Progress on design and development of polymer electrolyte membrane fuel cell systems for vehicle applications: A review Fuel Processing Technology, 2018 179: p 203-228 Fuel Cell Handbook ed S Edition 2004: EG&G Technical Services, Inc Vasquez, L.O., Fuel cell research trends 2007: Nova Science Publishers, Inc 500 Treekamol, Y., et al., Nafion®/ODF-silica composite membranes for medium temperature proton exchange membrane fuel cells Journal of Power Sources, 2014 246(0): p 950-959 Zakil, F.A., S.K Kamarudin, and S Basri, Modified Nafion membranes for direct alcohol fuel cells: An overview Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016 65: p 841-852 Slade, S.M., et al., The Ionic Conductivity of a Nafion® 1100 Series of Protonexchange Membranes Re-cast from Butan-1-ol and Propan-2-ol Fuel Cells, 2010 10(4): p 567-574 Majlan, E.H., et al., Electrode for proton exchange membrane fuel cells: A review Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018 89: p 117-134 10 Watanabe, M., H Igarashi, and K Yosioka, Polymer electrolyte fuel cellsAn experimental prediction of the preparation condition of Nafion-coated catalyst layers for PEFCs Electrochimica Acta, 1995 40(3): p 329-334 11 Z Poltarzewski, P.S., V Alderucci, W Wieczarek, N Giordano, Nafion distribution in gas diffusion electrodes for solid polymer-electrolyte-fuel-cell applications Journal of Electrochemical Society, 1992 139(3): p 761-795 12 M Uchida, Y.A., N Eda, A Ohta, Investigation of the microstructure in the catalyst layer and effects of both perfluorosulfate ionomer and PTFE-loaded carbon on the catalyst layer of polymer electrolyte fuel cells Journal of Electrochemical Society, 1995 142(12): p 4143-4149 13 V.A Paganin, E.A.T., E.R Gonzalez, Development and electrochemical studies of gas diffusion electrodes for polymer electrolyte fuel cells Journal of Applied Electrochemistry, 1996 26(3): p 297-304 14 E Antolini, L.G., A Pozio, E Passalacqua, Influence of Nafion loading in the catalyst layer of gas-diffusion electrode for PEFC Journal of the Power Sources, 1999 77(2): p 136-142 15 E Passalacqua, F.L., G Squadrito, A Patti, L Giorgi, Nafion content in the catalyst layer of polymer electrolyte fuel cells: effects on structure and performance Electrochimica Acta, 2001 46(6): p 799-805 122 16 Escribano, S and P Aldebert, Electrodes for hydrogen/oxygen polymer electrolyte membrane fuel cells Solid State Ionics, 1995 77: p 318-323 17 Shahgaldi, S., et al., Impact of ionomer in the catalyst layers on proton exchange membrane fuel cell performance under different reactant flows and pressures Fuel, 2018 227: p 35-41 18 M.S Wilison, S.G., Thin-film catalyst layer for polymer electrolyte fuel cell electrodes Journal of Electroanalytical Chemistry, 1992 22(1): p 1-7 19 Frey, T and M Linardi, Effects of membrane electrode assembly preparation on the polymer electrolyte membrane fuel cell performance Electrochimica Acta, 2004 50(1): p 99-105 20 Sinha PK, W.C., Liquid water transport in a mixed-wet gas diffusion layer of a polymer electrolyte fuel cell Chemical Engineering Science, 2008 63(4): p 1081-1091 21 Sadeghifar, H., N Djilali, and M Bahrami, Effect of Polytetrafluoroethylene (PTFE) and micro porous layer (MPL) on thermal conductivity of fuel cell gas diffusion layers: Modeling and experiments Journal of Power Sources, 2014 248(0): p 632-641 22 Wood, D.L., J.S Yi, and T.V Nguyen, Effect of direct liquid water injection and interdigitated flow field on the performance of proton exchange membrane fuel cells Electrochimica Acta, 1998 43(24): p 3795-3809 23 Mukherjee, P.P., Wang, C.-Y., & Kang, Q, Mesoscopic modeling of two-phase behavior and flooding phenomena in polymer electrolyte fuel cells Electrochimica Acta, 2009 54(27): p 6861-6875 24 M Prasanna, E.A.C., T.-H Lim, I.-H Oh, Effects of MEA fabrication method on durability of polymer electrolyte membrane fuel cells Electrochimica Acta, 2008 53: p 5434–5441 25 Sarawalee Thanasilp, M.H., Effect of MEA fabrication techniques on the cell performance of Pt–Pd/C electrocatalyst for oxygen reduction in PEM fuel cell Fuel, 2010 89: p 3847–3852 26 Kim, K.-H., et al., The effects of Nafion® ionomer content in PEMFC MEAs prepared by a catalyst-coated membrane (CCM) spraying method International Journal of Hydrogen Energy, 2010 35(5): p 2119-2126 27 Shahgaldi, S., et al., Development of a low temperature decal transfer method for the fabrication of proton exchange membrane fuel cells International Journal of Hydrogen Energy, 2017 42(16): p 11813-11822 28 Egetenmeyer, A., et al., Pulse electrodeposited cathode catalyst layers for PEM fuel cells International Journal of Hydrogen Energy, 2017 42(19): p 13649-13660 29 Fondard, J., et al., Effect of total pressure on La2NiO4 coatings deposited by reactive magnetron sputtering using plasma emission monitoring Surface and Coatings Technology, 2016 295: p 29-36 123 30 Tang, H., et al., A comparative study of CCM and hot-pressed MEAs for PEM fuel cells Journal of Power Sources, 2007 170(1): p 140-144 31 Dundar, F., A Pilenga, and G Tsotridis, The surface coverage of PEM fuel cell electrodes International Journal of Hydrogen Energy, 2016 41(1): p 497504 32 Liu, L., W Chen, and Y Li, An overview of the proton conductivity of nafion membranes through a statistical analysis Journal of Membrane Science, 2016 504: p 1-9 33 Z.X Liang, T.S.Z., C Xu, J.B Xu, Microscopic characterizations of membrane electrode assemblies prepared under different hot-pressing conditions Electrochimica Acta 2007 53: p 894–902 34 Shuang Ma Andersen, R.D., Mikkel Juul Larsen, Eivind Skou, Importance of electrode hot-pressing conditions for the catalyst performance of proton exchange membrane fuel cells Applied Catalysis B: Environmental, 2015 172-173: p 82-90 35 Okur, O., et al., Optimization of parameters for hot-pressing manufacture of membrane electrode assembly for PEM (polymer electrolyte membrane fuel cells) fuel cell Energy, 2013 57(0): p 574-580 36 Jian Zhang, G.-P.Y., Zhen-Bo Wang, Qin-Zhi Lai, Ke-Di Cai, Effects of hot pressing conditions on the performances of MEAs for direct methanol fuel cells Journal of Power Sources 2007 165: p 73–81 37 Therdthianwong, A., P Manomayidthikarn, and S Therdthianwong, Investigation of membrane electrode assembly (MEA) hot-pressing parameters for proton exchange membrane fuel cell Energy, 2007 32(12): p 2401-2411 38 Youssef, M.E., R.S Amin, and K.M El-Khatib, Development and performance analysis of PEMFC stack based on bipolar plates fabricated employing different designs Arabian Journal of Chemistry, 2018 11(5): p 609-614 39 Yan Wang, D.O.N., An Investigation on Metallic Bipolar Plate Corrosion in Simulated Anode and Cathode Environments of PEM Fuel Cells using Potential-pH Diagrams journal of electrochemistry scince, 2006 1: p 447455 40 Shahram Karimi, N.F., Bronwyn Roberts, Frank R Foulkes A Review of Metallic Bipolar Plates for Proton Exchange Membrane Fuel Cells: Materials and Fabrication Methods 2012 41 Ramin, F., H Sadeghifar, and A Torkavannejad, Flow field plates with trapshape channels to enhance power density of polymer electrolyte membrane fuel cells International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019 129: p 11511160 42 Hermann, A., T Chaudhuri, and P Spagnol, Bipolar plates for PEM fuel cells: A review International Journal of Hydrogen Energy, 2005 30(12): p 12971302 124 43 Nattawut Jaruwasupant, Y.K., Effects of difference flow channel designs on Proton Exchange Membrane Fuel Cell using 3-D Model Energy Procedia 2011 9: p 326 – 337 44 Xianguo Li, I.S., Review of bipolar plates in PEM fuel cells: Flow-field designs International Journal of Hydrogen Energy, 2005 30: p 359–371 45 Wei-Mon Yan, C.-Y.C., Sheng-Chin Mei, Chyi-Yeou Soong, Falin Chen, Effects of operating conditions on cell performance of PEM fuel cells with conventional or interdigitated flow field Journal of Power Sources 2006 162: p 1157-1164 46 Zhong, D., et al., Structure optimization of anode parallel flow field for local starvation of proton exchange membrane fuel cell Journal of Power Sources, 2018 403: p 1-10 47 D.H Jeon, S.G., S Shimpalee, J.W Van Zee, The effect of serpentine flowfield designs on PEM fuel cell performance International journal of Hydrogen Energy, 2008 33: p 1052-1066 48 Perng, S.-W and H.-W Wu, Effects of internal flow modification on the cell performance enhancement of a PEM fuel cell Journal of Power Sources, 2008 175(2): p 806-816 49 Lim, B.H., et al., Numerical analysis of flow distribution behavior in a proton exchange membrane fuel cell Heliyon, 2018 4(10): p e00845 50 Kalaiyarasan, A., C Srinivasan, and S Sundaram, Design and Analysis of Bipolar Plate for 500w Pem Fuel Cell Stack American Journal of Engineering and Applied Sciences, 2018 11(1): p 121-128 51 Feser, J.P., A.K Prasad, and S.G Advani, On the relative influence of convection in serpentine flow fields of PEM fuel cells Journal of Power Sources, 2006 161(1): p 404-412 52 Kahraman, H and M.F Orhan, Flow field bipolar plates in a proton exchange membrane fuel cell: Analysis & modeling Energy Conversion and Management, 2017 133: p 363-384 53 Jeffrey Glandt, S.S., Woo-kum Lee, and John W Van Zee MODELING THE EFFECT OF FLOW FIELD DESIGN ON PEM FUEL CELL PERFORMANCE in the 2002 Spring National Meeting, New Orleans, LA 2002: Carolina, Columbia, SC 54 Yan, W.-M., et al., Experimental studies on optimal operating conditions for different flow field designs of PEM fuel cells Journal of Power Sources, 2006 160(1): p 284-292 55 Karrar H Fahim, E.M.A.H.A.D., Effect of Geometric Design of the Flow Fields Plat on the Performance of A PEM Fuel Cell_ A Review International Journal of Scientific & Engineering Research 2017 8(7) 56 Yew, S.C and M Hoorfar, Performance Evaluation of Metallic Foam Flow Fields Energy Procedia, 2012 29(0): p 695-700 125 57 Jeon, D., The effect of serpentine flow-field designs on PEM fuel cell performance International Journal of Hydrogen Energy, 2008 33(3): p 10521066 58 Zhang, J., et al., Chapter - Design and Fabrication of PEM Fuel Cell MEA, Single Cell, and Stack, in Pem Fuel Cell Testing and Diagnosis 2013, Elsevier: Amsterdam p 43-80 59 Wang, J., Review of Flow maldistribution in channels of PEMFC stacks TRRF05 Fuel Cell Technology (Project Report ), 2009 60 Karimi, G., J.J Baschuk, and X Li, Performance analysis and optimization of PEM fuel cell stacks using flow network approach Journal of Power Sources, 2005 147(1): p 162-177 61 Chang, P.A.C., et al., Flow distribution in proton exchange membrane fuel cell stacks Journal of Power Sources, 2006 162(1): p 340-355 62 Park, J and X Li, Effect of flow and temperature distribution on the performance of a PEM fuel cell stack Journal of Power Sources, 2006 162(1): p 444-459 63 Mustata, R., et al., Study of the distribution of air flow in a proton exchange membrane fuel cell stack Journal of Power Sources, 2009 192(1): p 185-189 64 Koh, J.-H., et al., Pressure and flow distribution in internal gas manifolds of a fuel-cell stack Journal of Power Sources, 2003 115(1): p 54-65 65 Zong, Y., B Zhou, and A Sobiesiak, Water and thermal management in a single PEM fuel cell with non-uniform stack temperature Journal of Power Sources, 2006 161(1): p 143-159 66 Cao, T.-F., et al., Numerical investigation of the coupled water and thermal management in PEM fuel cell Applied Energy, 2013 112(0): p 1115-1125 67 Satish G Kandlikar, Z.L., Thermal management issues in a PEMFC stack – A brief review of current status Applied Thermal Engineering 2009 29: p 1276–1280 68 Zhang, G and S.G Kandlikar, A critical review of cooling techniques in proton exchange membrane fuel cell stacks International Journal of Hydrogen Energy, 2012 37(3): p 2412-2429 69 Odabaee, M., S Mancin, and K Hooman, Metal foam heat exchangers for thermal management of fuel cell systems – An experimental study Experimental Thermal and Fluid Science, 2013 51(0): p 214-219 70 Paul Adcock, A.K.a.C.J., PEM Fuel Cells for Road Vehicles in International Advanced Mobility Forum 2008: Geneva, Switzerland 71 Young-Jun Sohn, G.-G.P., Tae-Hyun Yang, Young-Gi Yoon, Won-Yong Lee, Sung-Dae Yim, Chang-Soo Kim, Operating characteristics of an air-cooling PEMFC for portable applications Journal of Power Sources 2005 145: p 604-609 126 72 Zhang, J., et al., PEM fuel cell relative humidity (RH) and its effect on performance at high temperatures Electrochimica Acta, 2008 53(16): p 5315-5321 73 Liu, Y., et al., Asymptotic analysis for the inlet relative humidity effects on the performance of proton exchange membrane fuel cell Applied Energy, 2018 213: p 573-584 74 Liu, H., et al., Enhanced water removal performance of a slope turn in the serpentine flow channel for proton exchange membrane fuel cells Energy Conversion and Management, 2018 176: p 227-235 75 Qiu, D., et al., Mechanical degradation of proton exchange membrane along the MEA frame in proton exchange membrane fuel cells Energy, 2018 165: p 210-222 76 Kim, K.-H., et al., The effects of relative humidity on the performances of PEMFC MEAs with various Nafion® ionomer contents International Journal of Hydrogen Energy, 2010 35(23): p 13104-13110 77 Sunhoe Kim, I.H., Effects of humidity and temperature on a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) stack Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2008 14: p 357–364 78 Jian, Q.-f., G.-q Ma, and X.-l Qiu, Influences of gas relative humidity on the temperature of membrane in PEMFC with interdigitated flow field Renewable Energy, 2014 62(0): p 129-136 79 Jung, G.-B., et al., Hydrophobic PTFE-coated serpentine flow fields with ladder-structure for fuel cell application International Journal of Hydrogen Energy, 2012 37(20): p 15820-15826 80 Chen, T., et al., Study on the characteristics of GDL with different PTFE content and its effect on the performance of PEMFC International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019 128: p 1168-1174 81 Avcioglu, G.S., B Ficicilar, and I Eroglu, Effect of PTFE nanoparticles in catalyst layer with high Pt loading on PEM fuel cell performance International Journal of Hydrogen Energy, 2016 41(23): p 10010-10020 82 Saeed Asghari, A.M., Mahrokh Samavati, Study of PEM fuel cell performance by electrochemical impedance spectroscopy International Journal of Hydrogen Energy, 2010 35: p 9283-9290 83 Cooper, K.R., In Situ PEM fuel cell electrochemical surface area and catalyst utilization measurement Fuel Cell Magazine, 2009 84 A Marcua, G.T., R Srivastava, P Strasser, Preparation, characterization and degradation mechanisms of PtCu alloy nanoparticles for automotive fuel cells Journal of Power Sources, 2012 208: p 288-295 85 Seidenberger, K., et al., Estimation of water distribution and degradation mechanisms in polymer electrolyte membrane fuel cell gas diffusion layers using a 3D Monte Carlo model Journal of Power Sources, 2011 196(12): p 5317-5324 127 86 Tjønnås, J., et al., Control of Reversible Degradation Mechanisms in Fuel Cells: Mitigation of CO contamination IFAC-PapersOnLine, 2016 49(7): p 302-307 87 Rice, C.A., et al., Platinum Dissolution in Fuel Cell Electrodes: Enhanced Degradation from Surface Area Assessment in Automotive Accelerated Stress Tests Journal of The Electrochemical Society, 2015 162(10): p F1175F1180 88 Carmo, M., et al., Physical and electrochemical evaluation of commercial carbon black as electrocatalysts supports for DMFC applications Journal of Power Sources, 2007 173(2): p 860-866 89 Peuckert M, Y.T., Betta RAD, Boudart M, Oxygen reduction on small supported platinum particles Journal of Electrochemical Society, 1986 133: p 944-947 90 Daud, W.R.W., et al., Performance optimisation of PEM fuel cell during MEA fabrication Energy Conversion and Management, 2004 45(20): p 32393249 91 James Larminie, A.D., Fuel Cell Systems Explained, ed S Edition 2003, The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England: John Wiley & Sons Ltd, 92 Barbia, P., PEM fuel cell Theory and practice 2013, Academic Press is an imprint of Elsevier 543 93 Zhang, J., et al., Chapter - Techniques for PEM Fuel Cell Testing and Diagnosis, in Pem Fuel Cell Testing and Diagnosis 2013, Elsevier: Amsterdam p 81-119 94 Zhang, J., et al., Chapter - PEM Fuel Cell Fundamentals, in Pem Fuel Cell Testing and Diagnosis 2013, Elsevier: Amsterdam p 1-42 95 Maher A R Sadiq AL-BAGHDADI, H.A.K.S.A.-J., Optimization Study of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Performance Turkish Journal of Engineering and Environmental Sciences, 2005 29: p 235-240 96 Takahisa Suzuki, H.M., Tatsuya Hatanaka, Yu Morimoto, Analysis of the Catalyst layer of polymer Electrolyte Fuel cell R&D Review of Toyota CRDL, 2004 39(3): p 33-38 97 DeBonis, D., et al., Analysis of mechanism of Nafion® conductivity change due to hot pressing treatment Renewable Energy, 2016 89: p 200-206 98 Passalacqua, E., et al., Nafion content in the catalyst layer of polymer electrolyte fuel cells: effects on structure and performance Electrochimica Acta, 2001 46(6): p 799-805 99 Adilbish, G and Y.-T Yu, Effect of the Nafion content in the MPL on the catalytic activity of the Pt/C-Nafion electrode prepared by pulsed electrophoresis deposition International Journal of Hydrogen Energy, 2017 42(2): p 1181-1188 128 100 Sasikumar, G., J.W Ihm, and H Ryu, Dependence of optimum Nafion content in catalyst layer on platinum loading Journal of Power Sources, 2004 132(1– 2): p 11-17 101 Viral Mehta, J.S.C., Review and analysis of PEM fuel cell design and manufacturing Journal of Power Sources, 2003 114: p 32-53 102 Wang, J., Theory and practice of flow field designs for fuel cell scaling-up: A critical review Applied Energy, 2015 157: p 640-663 103 Tong, S., et al., Experimental investigation on a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) parallel flow field design with external two-valve regulation on cathode channels Journal of Power Sources, 2013 242(0): p 195-201 104 Han, I.-S., J Jeong, and H.K Shin, PEM fuel-cell stack design for improved fuel utilization International Journal of Hydrogen Energy, 2013 38(27): p 11996-12006 105 A Heinzel, F.M., and C Jansen, Fuel Cells – Proton-Exchange Membrane Fuel Cells | Bipolar Plates Encyclopedia of Electrochemical Power Sources, 2009: p 810-816 106 S Shimpalee, S.G., J.W Van Zee, The impact of channel path length on PEMFC flow-field design Journal of Power Sources, 2006 107 Dyi-Huey Chang, J.-C.H., Effects of Channel Depths and Anode Flow Rates on the Performance of Miniature Proton Exchange Membrane Fuel Cells International Journal of Applied Science and Engineering 2012 4(10): p 237280 108 Lakshminarayanan, V and P Karthikeyan, Optimization of Flow Channel Design and Operating Parameters on Proton Exchange Membrane Fuel Cell Using MATLAB Periodica Polytechnica Chemical Engineering, 2016 60(3): p 173-180 109 Andronie, A., et al., Experimental Study of a Pemfc System with Different Dimensions of the Serpentine Type Channels from Bipolar Plate Flow Fields Mechanics, 2019 25(1) 110 Jang, J.-H., et al., Effects of operating conditions on the performances of individual cell and stack of PEM fuel cell Journal of Power Sources, 2008 180(1): p 476-483 111 Yan, Q., H Toghiani, and H Causey, Steady state and dynamic performance of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) under various operating conditions and load changes Journal of Power Sources, 2006 161(1): p 492502 129 Phụ lục: Các vẽ thiết kế chi tiết phận ghép pin nhiên liệu PEMFC công suất ~ 100 W Bản vẽ chi tiết lớp vỏ pin nhiên liệu PEMFC Bản vẽ chi tiết lưỡng cực pin nhiên liệu PEMFC Bản vẽ chi tiết lớp gioăng pin nhiên liệu PEMFC Bản vẽ thành phần điện cực MEA pin nhiên liệu PEMFC Bản vẽ chi tiết Tấm thu điện pin nhiên liệu PEMFC ... dẫn nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài nghiên cứu là: ? ?Nghiên cứu chế tạo khảo sát ảnh hưởng số thông số công nghệ lên đặc tính pin nhiên liệu màng trao đổi proton? ?? Mục tiêu nghiên cứu luận án: - Nghiên. .. dụng pin nhiên liệu phụ thuộc nhiều vào q trình cơng nghệ chế tạo pin nhiên liệu Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo pin nhiên liệu nhà khoa học công ty giới đầu tư nghiên cứu. .. Cấu tạo pin nhiên liệu màng trao đổi proton Cấu tạo pin nhiên liệu màng trao đổi proton thể hình 1.4 bao gồm thành phần: a Màng trao đổi proton (PEM) b Các điện cực anot catot lớp khuếch tán khí