Hydrogen & Pin nhiên liệu (Các loại pin nhiên liệu-P2) pot

Hydrogen & Pin nhiên liệu Các loại pin nhiên liệu-P2 f DMFC Direct Methanol Fuel Cell – pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp Dù công nghệ vẫn mới chỉ chập chững ở những bước ban đầu n

Hydrogen & Pin nhiên liệu (Các loại pin nhiên liệu-P2)

f) DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) – pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp

Dù công nghệ vẫn mới chỉ chập chững ở những bước ban đầu nhưng đã thể hiện được một số thành công trong những ứng dụng như điện

thoại di động và máy tính xách tay (laptop), đem lại triển vọng đầy tiềm năng cho tương lai

DMFC tương tự như PEMFC ở chỗ chất điện

phân là polymer và điện tích vận chuyển là ion hydrogen (proton) Tuy nhiên, với DMFC,

methanol lỏng (CH3OH) bị oxygen hóa trong

nước ở anode, sinh ra khí carbonic, ion

hydrogen đi qua chất điện phân và phản ứng với oxygen từ không khí và các electron từ dòng

điện tạo thành nước ở anode, hoàn thành chu trình

Phản ứng trên anode: CH3OH + H2O => CO2 +

6 H+ + 6e- (15.19)

Phản ứng trên cathode: 3/2 O2 + 6 H+ + 6e- =>

3 H2O (15.20)

Tổng quát: CH3OH + 3/2 O2 => CO2 + 2 H2O + năng lượng (điện) (15.21)

Khi mới bắt đầu phát triển từ đầu những năm 90 của thế kỉ trước, DMFC lúc ấy chưa được chú ý nhiều bởi hiệu suất và mật độ năng lượng thấp cũng như một số vấn đề khác Tuy nhiên những cải tiến trong chất xúc tác và những phát triển gần đây đã gia tăng mật độ năng lượng lên gấp

20 lần và hiệu suất cuối cùng đã có thể đạt

được đến 40%

DMFC đã được thử nghiệm ở khoảng nhiệt độ

từ 500C-1200C Với nhiệt độ vận hành thấp và không đòi hỏi phải qua bước chuyển hóa thành hydrogen mà có thể dung trực tiếp nhiên liệu

methanol, DMFC trở thành ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng cỡ từ rất nhỏ đến trung bình như điện thoại di động và các sản phẩm tiêu

dùng khác

Một trong những nhược điểm của DMFC đó là nhiệt độ vận hành thấp đòi hỏi chất xúc tác phải

hiệu lực hơn, có nghĩa lượng xúc tác bạch kim đắt đỏ cần dùng cũng lớn hơn so với dạng

PEMFC thông thường Ngoài ra, methanol còn

là một chất độc Vì thế mà một số công ty đã bắt tay vào việc phát triển các pin nhiên liệu sử

dụng ethanol trực tiếp (DEFC – direct ethanol fuel cell) Hiệu suất của DEFC hiện nay mới chỉ khoảng một nửa so với DMFC, nhưng dự đoán khoảng cách này sẽ ngày càng được rút ngắn trong tương lai

g) RFC (Regenerative Fuel Cell) – pin nhiên liệu tái sinh

RFC là một hệ thống vận hành thành một chu trình kín và có thể trở thành nền tảng cơ bản cho nền kinh tế hydrogen dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo Pin nhiên liệu sinh ra điện năng, nhiệt và nước từ hydrogen và oxygen sẽ được sử dụng khắp nền kinh tế, cung cấp năng

lượng cho các nhà máy, xe cộ, phương tiện

giao thông vận chuyển và cho các nhu cầu dân dụng của hộ gia đình Hydrogen được sinh ra từ điện phân nước, tách nước thành hai thành

phần hydrogen và oxy; quá trình sử dụng năng lượng tái tạo từ các nguồn tự nhiên như gió,

mặt trời hay địa nhiệt

Một hệ thống như vậy sẽ không đòi hỏi bất cứ dạng pin nhiên liệu chuyên biệt nào, nhưng sẽ cần có một cơ sở hạ tầng để phân phối

hydrogen đến các pin nhiên liệu để sử dụng Tuy nhiên hiện tại chúng ta vẫn chưa có được một cơ sở hạ tầng để phân phối hydrogen như vậy

NASA đang tiến hành dự án phát triển một hệ thống pin nhiên liệu tái sinh nhẹ và hiệu quả để

sử dụng trên chiếc máy bay tên là Helios có thể bay ở độ cao hơn 30 km Chiếc máy bay trước

đây chạy bằng các panel năng lượng mặt trời Mục tiêu của dự án là tích hợp cả hai hệ thống năng lượng mặt trời và pin nhiên liệu tái sinh

Hệ thống pin mặt trời sẽ cung cấp năng lượng cho máy bay suốt ban ngày và sinh ra nguồn hydrogen bổ sung, hydrogen được lưu trữ để cung cấp cho pin nhiên liệu sử dụng vào ban đêm Một hệ thống như vậy dùng hoàn toàn

năng lượng sạch và bền vững, có thể giúp

chuyến bay kéo dài được trong nhiều ngày

h) ZAFC (Zinc-Air Fuel Cell) – pin nhiên liệu

kẽm/không khí

ZAFC vừa có những đặc tính của pin nhiên liệu vừa mang những tính chất của pin ắc quy Chất điện phân trong ZAFC là chất sứ rắn dùng ion hydroxyl (OH-) làm chất mang điện tích Để đạt được hiệu suất điện/nhiên liệu cao vớI các

nhiên liệu hydrocarbon và một độ dẫn cao cho

chất mang điện tích, ZAFC vận hành ở 7000C Điện cực dương, anode, được làm từ kẽm và được cung cấp hydrogen hay thậm chí cả các hydrocarbon Điện cực âm, cathode, được tách khỏi nguồn không khí cấp vào nhờ một điện cực phân tán khí GDE (gas diffusion electrode), một màng thẩm thấu cho phép oxygen không khí đi qua Ở cực âm, oxygen phản ứng với hydrogen

để tạo nên ion hydroxyl và nước

Phản ứng trên anode: CH4 + H2O => CO2 + 6 H+ + 6e- (15.22)

Zn + OH- => ZnO + H + e- (15.23)

Phản ứng trên cathode: O2 + 2 H+ + 2e- => 2 OH- (15.24)

O2 + 4 H+ + 4e- => 2 H2O (15.25)

Tổng quát: CH4 + 2 O2 => CO2 + 2 H2O + năng lượng (điện) (15.26)

Nhiệt độ vận hành cao của ZAFC làm cho nó có khả năng chuyển hóa nhiệt hydrocarbon trực tiếp, không cần một thiết bị chuyển hóa bên

ngoài để tạo ra hydrogen Một thuận lợi khác của việc hoạt động ở nhiệt độ cao này đó là

nhiệt thừa có thể được tận dụng để tạo ra hơi nước áp suất cao, hữu ích cho nhiều ứng dụng công nghiệp và thương mại

Chất điện phân của ZAFC cũng có một số ưu điểm trội hơn so với các chất điện phân khác

Nó không đòi hỏi nước bão hòa như màng

polymer của PEMFC và do vậy không bị khô đi hết nên không cần các thiết bị để kiểm tra giám sát độ ẩm ở hai điện cực Hơn nữa, vì là chất rắn, sự rò rỉ chất điện phân cũng không xảy ra như với các chất điện phân lỏng Tuy nhiên, do

điện cực dương bằng kẽm sẽ bị hao mòn nên

bộ phận này thỉnh thoảng cần được thay thế