Báo Cáo Năng Lượng Mới Trên Ô Tô.pdf

Nó không thể được lưu trữ dưới dạng điện năng, nó phải được chuyển đổi thành một dạng khác của năng lượng chẳng hạn như năng lượng hóa học trong pin, giống như pin được sử dụng trong ô t

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁONĂNG LƯỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ

Sinh viên thực hiện : Phan Thanh Tiến Trần Văn Luận

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Phạm Minh MậnLớp 222NLMTOT01

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 4 năm 2023

1

I.TÓM TẮT

1.Tại sao chúng ta cần năng lượng tái tạo ?

Chúng ta sống trong một thế giới nghiện nhiên liệu hóa thạch Chúng tôi sử dụng chúng để cung cấp năng lượng cho ô tô của mình, để làm điện, làm nhựa, v.v Khichúng ta đốt những nhiên liệu này để lấy năng lượng, chúng ta thải ra khí nhà kính như CO2 Bằng cách này, chúng tôi góp phần vào hiệu ứng nhà kính mà đe dọa thế giới của chúng ta Hiệu ứng nhà kính có nghĩa là một lớp khí nhà kính tích tụ quanh trái đất và giữ nhiệt trong bầu khí quyển của chúng ta “Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC), bao gồm hơn 1.300 các nhà khoa học từ Hoa Kỳ và các nước khác, dự báo nhiệt độ tăng từ 2,5 đến 10 độ F trong thế kỷ tới.”

Nhiệt quá mức này có thể gây ra những thay đổi đáng kể về nhiệt độ toàn cầu, dẫn đến sa mạc hóa và sự tan chảy của các chỏm cực Điều này có nghĩa là mực nước toàn cầu sẽ tăng lên, dẫn đến các thảm họa toàn cầu như lũ lụt, sóng thần vàcác cơn bão mạnh hơn.Tuy nhiên, mối đe dọa ngày càng tăng đối với môi trường của chúng ta không phải là vấn đề duy nhất của chúng ta chúng tôi đang bắt đầu gặp phải một vấn đề khác: chúng ta đang cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch Theo báo cáo chính thức

của B.P tổng trữ lượng dầu đã được chứng minh trên thế giới đạt 1700,1 tỷ thùngvào cuối năm 2014 và đủ để đáp ứng 52,5 năm sản xuất toàn cầu Đây không phảilà một thời gian dài Chúng tôi chưa có còn nhiều nữa cho đến khi chúng ta cạn kiệt hoàn toàn dầu mỏ và việc sản xuất các loại nhiên liệu khác sẽ dừng lại Không chỉ chúng ta có thể hết nhiên liệu cho ô tô của mình mà còn để sản xuất các vật liệu khác như nhựa Một giải pháp khả thi cho cuộc khủng hoảng năng lượng này dường như nằm trong tay chúng ta Điện được nhìn thấy nhiều hơn và nhiều hơn như là con đường phía trước và nó có thể được sản xuất theo những cách tái tạo Sức mạnh của gió,

mặt trời và thậm chí cả sóng thủy triều đã được khai thác để sản xuất điện mà không để lại lượng khí thải carbon, để cung cấp năng lượng cho các nhà máy, ô tô, nhà ở của chúng ta, v.v Tuy nhiên, có một lỗ hổng lớn

2

về điện Nó không thể được lưu trữ dưới dạng điện năng, nó phải được chuyển đổi thành một dạng khác của năng lượng chẳng hạn như năng lượng hóa học trong pin, giống như pin được sử dụng trong ô tô Nhưng những pin này có nhữnghạn chế vì chúng được làm bằng kim loại hiếm, mà một ngày nào đó chúng ta có thể cạn kiệt và có hại hóa chất, có thể gây thiệt hại cho thiên nhiên Trên hết, pin không thể lưu trữ một lượng lớn lượng điện, vì vậy chúng không phải là giải phápquá tốt trong thời gian dài Tuy nhiên, có một

giải pháp.Thực vật khai thác sức mạnh của ánh sáng và sử dụng nó để tách nước thành hydro và oxy Họ cũng tạo ra các hợp chất dựa trên carbon từ carbon dioxide và nước Hai quá trình này,tương ứng là phản ứng sáng và tối, tạo thành quá trình quang hợp

Là một loại nhiên liệu hóa học trơ, hydro có thể lưu trữ năng lượng trong nhiều thập kỷ mà không bị suy giảm và cung cấp mật độ năng lượng cao, đặc biệt ở dạng nén hoặc rắn (liên kết trong một mạng tinh thể kim loại hoặc bột) Ví dụ, đối với xe điện, hydro có thể cung cấp phạm vi hoạt động xa hơn nhiều so với vàitấn pin lithium ion hiện đang làm Và tiếp nhiên liệu hydro giống như nhiều đổ xăng vào ô tô của bạn hơn là ngồi ở trạm dừng trong khi ô tô của bạn nhấm nháp bộ sạc.Hydrogen có thể được sử dụng để tạo ra điện trực tiếp trong pin nhiên liệu.Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu

động cơ điện đang trở nên có sẵn từ một số nhà sản xuất xe hơi hydro có thể thậm chí được sử dụng như một công nghệ lưu trữ năng lượng rẻ tiền ở cấp hộ giađình để lưu trữ năng lượng từ pin mặt trời trên mái nhà Với quang hợp nhân tạo, hydro có thể được sản xuất theo cách thân thiện với môi trường.Hydrogen có thể dễ dàng được sử dụng làm nhiên liệu cho ô tô Đã có ô tô chạy bằng hydro,loại bỏ nhu cầu về nhiên liệu hóa thạch và pin đắt tiền, không hiệu quả Tế bào hydro có thể thậm chí được đặt trên mái nhà để xe của bạn để bạn có thể tạo ra hydro xung quanh nhà và đổ đầy xe của bạn; tất cả những gì cần thiết để tạo ra hydro là ánh sáng mặt trời và nước Trung bình, khoảng 110 watt năng lượng mặttrời trên một mét vuông đến trái đất ở Tây Bắc Châu Âu Nếu bạn giả sử 12 giờ nắng mỗi ngày, thì con số này lên tới 481.800 watt-giờ trên mỗi ô vuôngmét mỗi năm Nếu chúng ta có thể sử dụng lượng năng lượng khổng lồ này, chúng ta có thể giải quyết các vấn đề về năng lượng

3

của thế giới và bước vào một thời đại mới nơi nhiên liệu hydro thân thiện với môitrường sẽ đánh bại các nhiên liệu hóa thạch ra khỏi ngai vàng của họ.

IỚI

THIỆU

▶ Lá nhân tạo - một pin mặt trời silicon với các vật liệu xúc tác khác nhau được liên kết trên hai mặt của nó — không cần dây bên ngoài hoặc mạch điều khiển để hoạt động đặt đơn giản trong một thùng chứa nước và tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nó nhanh chóng bắt đầu tạo ra các dòng bong bóng: bong bóng oxy từ một bên và bong bóng hydro từ bên kia Nếu như được đặt trong một thùng chứa có một rào cản để ngăn cách hai bên, hai luồng bong bóng có thể được thu thập và lưu trữ, và được sử dụng sau này để cung cấp năng lượng: ví dụ: bằng đưa chúng vào một tế bào nhiên liệu kết hợp chúng một lần nữa vào nước trong khi cung cấp một dòng điện.▶ Hệ thống của Nocera và Silver sử dụng một cặp chất xúc tác để tách nước thành oxy và hydro và cung cấp hydro cho vi khuẩn cùng với carbon dioxide Vi khuẩn, một vi sinh vật đã được biến đổi sinh học thành các đặc điểm cụ thể, chuyển đổi carbon dioxide và hydro thành nhiên liệu lỏng

4

▶ Việc tạo ra thiết bị được mô tả trong một bài báo xuất bản ngày 30 tháng 9 trên tạp chí Khoa học Nocera, Giáo sư Năng lượng Henry Dreyfus và giáo sư hóa học tạiMIT, là tác giả cao cấp

I.1.1 Chất bán dẫn Si (hoặc Gali Arsenua):

5

- Lá nhân tạo là một tấm silicon bán dẫn mỏng - vật liệu mà hầu hết các tế bào năng lượng mặt trời sử dụng.làm từ đó biến năng lượng của ánh sáng mặt trời thành dòng điện không dây bên trong tấm.

▶ Hoạt động như chất xúc tác thu hoạch ánh sáng▶ Nó chụp ánh sáng mặt trời

I.1.2 Co-OEC: (Phức hợp tiến hóa Coban-Oxy)- Liên kết với silicon là một lớp chất xúc tác dựa trên coban, giải phóng oxy, một vật liệu có

tiềm năng tạo ra nhiên liệu từ ánh sáng mặt trời đã được Nocera và các đồng tác giả phát hiện vào năm 2008

▶ Nó lắng đọng oxy ở phía cực dương (ở phía được chiếu sáng của tế bào)I.2 NiMoZn: (Niken-Molypden-Kẽm)

▶Một lớp dày 2 nanomet trên bề mặt của ITO.▶Tách các phân tử nước thành oxy, proton và electron.I.3 Lớp ITO: (Indium Tin Oxide)

▶Một lớp dày 62,5 nanomet trên các điện cực giúp ngăn chặn sự ăn mòn và cải thiện sự ổn định của một photodiod dựa trên Gallium Arsenide

▶Được tìm thấy trong sơn trắng, nhiều loại kem đánh răng và kem chống nắng.▶Một lớp oxit kim loại dẫn điện để ổn định silic trong nước

I.3.1.1 Thép không gỉ:➢ Dùng để hỗ trợ➢ Si lắng đọng ở trên

Cực dương (Oxy hóa):-Quá trình oxy hóa là bất kỳ phản ứng hóa học nào liên quan đến việc mất electron Cụ thể, nó có nghĩa là phía nhường electron Chất oxi hóa được chất khác gọi là

chất oxi hóa

2H O → 4H + 4e + O₂⁺⁻₂

Cực âm (Giảm):

6

-Quá trình oxy hóa là bất kỳ phản ứng hóa học nào liên quan đến việc thu được các điệntử Cụ thể, nó có nghĩa là phía cho các electron tới Chất làm giảm chất khác gọi là khử đại lý.

4H + 4e →2H⁺⁻₂

Phản ứng chung: (Phản ứng oxi hóa khử)

-Phản ứng vừa có sự oxi hoá vừa có sự khử gọi là phản ứng oxi hoá khử

➢ Lá nhân tạo giống như lá sống, thiết bị này có thể biến trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời thành nhiên liệu hóa học có thể được lưu trữ và sử dụng sau nàynhư một nguồn năng lượng

➢ Một pin mặt trời Silicon với các vật liệu xúc tác khác nhau được liên kết ở cả hai bên được đặt vào một bình thủy tinh chứa đầy nước và phơi nắng

➢ Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào chất xúc tác, phản ứng hóa học xảy ra giải phóng dòng điện dòng điện phân tách phân tử hydro

➢ Ở phía bên kia của thùng chứa, một phản ứng tương tự cũng xảy ra để tạo ra oxy

➢ Các khí được tách ra sau đó sẽ được thu gom, lưu trữ và sử dụng trong pin nhiên liệu có thể được sử dụng để tạo ra điện

➢ Hai luồng bong bóng có thể được thu thập và lưu trữ và sử dụng sau đó để phân phối

quyền lực.➢ Thiết bị được làm hoàn toàn bằng vật liệu rẻ tiền có nhiều trên trái đất chủ yếu là silicon, coban và niken và hoạt động trong nước thông thường

➢ Pin nhiên liệu bao gồm cực âm, cực dương và màng như trong hình.➢ Các khí được tạo ra ở cực âm và cực dương, tức là Hydro và Oxy được bơm vào pin nhiên liệu

➢ Phân tử nước được hình thành do sự kết hợp giữa hydro và oxy thông qua chuyển đổi của các electron

➢ Nếu sự biến đổi của các điện tử là bên trong thì nó không có tác dụng gì nên pin nhiên liệu buộc các electron chảy qua con đường bên ngoài chiếm điện.➢ Electron không thể chạy bên trong vì có một màng ngăn giữa cực âm và cực dương chỉ cho phép các ion hydro chảy qua nó chứ không phải các electron.➢ Anode là vật liệu bạch kim có tính đặc hiệu cao đóng vai trò là chất xúc tác phân ly các phân tử hydro thành ion hydro và electron

➢ Hydro làm mất các điện tử chạy qua con đường bên ngoài bao gồm pinvà một ampe kế như trong hình và pin được sạc

➢ Ở cực âm, các phân tử Oxy ở đó sẽ nhận các electron đến từ con đường bên ngoài và tự hình thành ion oxy

8

➢ Cathode cũng đóng vai trò là chất xúc tác liên kết các phân tử hydro và oxy thành lại tạo thành nước, đó là một quá trình tự phát.

VII.LÀM NHIÊN LIỆU HÓA HỌC

➢ Quang hợp nhân tạo là một quá trình hóa học sao chép quá trình tự nhiên của quang hợp, một quá trình chuyển đổi ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide thành carbohydrate và oxy

➢ Thuật ngữ quang hợp nhân tạo thường được sử dụng để chỉ bất kỳ kế hoạch nào cho thu và lưu trữ năng lượng từ ánh sáng mặt trời trong các liên kết hóa học của nhiên liệu (năng lượng mặt trời nhiên liệu)

➢ Công nghệ này là một phiên bản "tăng cường năng lượng" của quá trình quanghợp, quá trình tự nhiên bằng thực vật tạo ra năng lượng từ ánh sáng mặt trời, nhưng sử dụng điện để kích hoạt phản ứng

➢ Thay vì sản xuất carbohydrate, sản phẩm cuối cùng là nhiên liệu có thể được sử dụng trong động cơ xăng để cung cấp năng lượng cho ô tô và thậm chí cả máy bay

➢ Khi phân tử nước kết hợp với phân tử carbon di-oxide thì metanol sẽsản phẩm có thể được sử dụng làm nhiên liệu trong ô tô điện hoặc các phương tiện khác

9

2H2O + 2CO2 → O2 + 2HCOOH

VIII.ƯU ĐIỂM

➢ Có thể tích trữ năng lượng ở dạng hóa học, đây là ưu điểm lớn nhất của thiết bịnày so với các tấm pin mặt trời mà chúng ta sử dụng hàng ngày

➢ Năng lượng mặt trời có thể được chuyển đổi và lưu trữ ngay lập tức Trong tế bào quang điện, ánh sáng mặt trời được chuyển đổi thành điện năng và sau đó chuyển đổi lại thành năng lượng hóa học cho

lưu trữ, với một số tổn thất năng lượng cần thiết liên quan đến chuyển đổi thứ hai.➢ Nó không tốn kém và hoạt động hiệu quả gấp 1000 lần so với các kim loại khác

➢ Nó sử dụng hoàn toàn carbon di-oxide có trong môi trường.➢ Giảm hiệu ứng nóng lên toàn cầu

➢ Bởi sản phẩm thân thiện với môi trường

10

➢ chuyển đổi 10 phần trăm năng lượng trong ánh sáng mặt trời thành năng lượngdự trữ trong nhiên liệu hóa học, và có thể hoạt động liên tục hơn 40 giờ và tạo ra khoảng 0,8 micro.

IX.NHƯỢC ĐIỂM

➢ Vật liệu thường bị ăn mòn trong nước khi đặt trong thời gian dài.➢ Giá thành tổng thể chưa đủ lợi thế để cạnh tranh với nhiên liệu hóa thạch.➢ Vẫn cần cải thiện về chi phí, quy mô và những thứ khác

➢ Thời gian sử dụng ngắn.➢ Hiện tại Nó không hoàn toàn ổn định

➢ Trong 5 năm qua, các nhà nghiên cứu tại JCAP đã có những tiến bộ lớn đối vớivấn đề này mục tiêu nhưng vẫn còn nhiều việc phải làm để kéo dài tuổi thọ của hệ thống và phát triển các phương pháp để sản xuất toàn bộ hệ thống một cách hiệu quả về chi phí, cả hai đều đang được tiến hành

➢ Để tăng hiệu quả của thiết bị này, hãy khám phá việc sử dụng quang điện (pin mặt trời) các vật liệu khác ngoài silicon như oxit sắt thậm chí có thể rẻ hơn để sảnxuất

➢ Tại thời điểm này vẫn còn rất nhiều nghiên cứu về xúc tác điện oxy hóa nước trong một thiết lập ba điện cực trong phòng thí nghiệm Các chất xúc tác điện oxyhóa nước mà chúng tôi đã nghiên cứu là dễ chế tạo và tự lắp ráp dưới một tiềm năng cụ thể

➢ Việc thay thế chất xúc tác sẽ dễ dàng hơn nên vẫn đang được nghiên cứu➢ Hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành hydro ban đầu là gần 11%, giảm đến 10 phần trăm sau 40 giờ hoạt động và 9 phần trăm sau tổng số 80 giờ hoạt động hoạt động Cuối cùng (mặc dù bài báo không nói chính xác khi nào) thiết bị trải qua "thất bại thảm hại;" tùy thuộc vào chúng ta để tưởng tượng chính xác điều đó có nghĩa là gì

Nguồn gốc của lỗi này dường như là do khiếm khuyết trong màng oxit titan bảo vệ ban đầu được gây ra bởi các hạt bụi trên bề mặt chất bán dẫn khi phim được đang được ký gửi Chất điện phân đã có thể lẻn vào qua những khiếm khuyết này,

11

từ từ ăn mòn TiO2 và dẫn đến hiệu suất chuyển đổi giảm tuyến tính thành điểm của sự thất bại.

➢ Tin tốt là các nhà nghiên cứu đã xác định được nguyên nhân của sự xuống cấp,và họ khá chắc chắn rằng đó là một vấn đề có thể giải quyết được Họ gợi ý rằng có thể sử dụng các mảng dây nano hy sinh để cô lập điện hóa các khuyết tật, cho phép thiết bị hoạt động lâu hơn và kết quả cho các hệ thống đó sẽ được báo cáo ngay sau khi họ đã bắt họ làm việc Chúng tôi hy vọng họ sẽ làm điều đó sớm, bởi vì có thể biến ánh sáng mặt trời trực tiếp thành hydro một cách hiệu quả ở quy mô dân cư có thể đột ngột tạo ra nền kinh tế hydro thực tế hơn nhiều.

➢ Một ngày nào đó thế giới có thể được cung cấp năng lượng nhờ quá trình quang hợp từ những chiếc lá nhân tạo Của họ hệ thống biến nước thành nhiên liệu, khôngsử dụng gì ngoài năng lượng mặt trời, có thể được sử dụng để chạy ô tô, nhà cửa vàthậm chí cả cộng đồng

➢ Mục tiêu của chúng tôi là biến mỗi nhà thành một trạm phát điện riêng Người tacó thể hình dung những ngôi làng ở Ấn Độ và Châu Phi không lâu nữa sẽ mua một hệ thống điện cơ bản giá cả phải chăng dựa trên công nghệ này

12

MỤC LỤC

I.TÓM TẮT 2

1 Tại sao chúng ta cần năng lượng tái tạo ? 2

2 Tại sao là Hydrogen 3

II GIỚI THIỆU 4

III GIẢI THÍCH 5

I.1.1.Chất bán dẫn Si (hoặc Gali Arsenua): 6

V CÁCH THỨC LÀM VIỆC 7

VI CÁCH TẠO ĐIỆN 8

X NGHIÊN CỨU ĐANG TIẾN HÀNH 11

XI KẾT LUẬN 12

13