Đang tải... (xem toàn văn)
PAFC (Phosphoric acid fuel cell t bào nhiên li u axit phosphoric).[r]
(1)o Nguyên lý làm vi c c a pin nhiên li u.ệ ủ ệ
o Cách ch t o pin nhiên li u trong phịng thí nghi m.ế ệ ệ
Câu h i chỏ ương 5:
(2)2
Chương 5 Pin nhiên li uệ
5.1 Nhiên li u hydro/pin nhiên li u là gì?ệ ệ
Pin nhiên li u là m t thi t b chuy n hóa nhiên li u nh khí hydro, rệ ộ ế ị ể ệ ượu, xăng, hay khí metan tr c ti p thành dịng đi n. Pin nhiên li u hydrogen t o ra đự ế ệ ệ ược dịng đi n màệ khơng gây ra b t k s ơ nhi m nào, vì s n ph m t o ra là nấ ỳ ự ễ ả ẩ ước tinh khi t. Pin nhiênế li u hydrogen đệ ượ ục s d ng cho tàu du hành vũ tr và các ng d ng k thu t cao khácụ ứ ụ ỹ ậ hay nh ng n i c n tránh s ô nhi m, hay n i c n ngu n năng lữ ầ ự ễ ầ ượng có hi u qu cao.ệ ả
5.2 Nguyên lý ho t đ ng c a pin nhiên li uạ ộ ủ ệ
Pin nhiên li u có hai c c, hydrogen đệ ự ược cho vào c c dự ương (anode), cịn oxygen (từ
khơng khí) vào c c âm (cathode). ự Pin nhiên
(3)Khí hyđrơ được nén và th i vào pin nhiên li u phía c c âm (anode). T i đây, phân tổ ệ ự ử hyđrô ti p xúc v i platin và phân h y thành hai iơn H+, gi i phóng hai đi n tế ủ ả ệ ử (electron). Dịng đi n t ch y trong dây d n ra m ch ngồi, t o thành dịng đi n làmệ ẫ ạ ệ quay đ ng c Còn protons H+ chuy n đ n c c âm qua m ng l c (membrane), h p l iộ ể ế ự ọ ọ v i electrons và oxygen t o thành nhi t và nớ ệ ước tinh khi t theo cách nh sau:ế
T ng c ng:ổ ộ
Trong khi đó, c c dở ự ương, khí ơxy được th i qua c c dổ ự ương và hình thành hai ngun t ơxy hút các iơn hyđrơ đ t o thành nử ể ước. Ph n ng nh v y s t o ra dòng đi n cóả ứ ậ ẽ ệ hi u đi n th 0,7 V. Khi ta đ t nhi u pin nhiên li u v i nhau, s t o thành m t dòngệ ệ ế ặ ề ệ ẽ ộ n m nh.ệ
(4)4
Năm 1839, William Robert Grove (1811 – 1896), m t lu t gia – nhà v t lý ngộ ậ ậ ười Anh đã t o ra pin nhiên li u đ u tiên.ạ ệ ầ
Năm 1900, các nghiên c u đã chuy n tr c ti p năng lứ ể ự ế ượng hoá h c c a các d ng năngọ ủ lượng hoá th ch sang đi n năng, tiêu bi u là h th ng pin nhiên li u Hydro ra đ i.ạ ệ ể ệ ố ệ Năm 1920, TS. Alfred Schmid là người tiên phong trong vi c xây d ng b phân tíchệ ự ộ b ng Platium, các đi n c c cacbon – hydro x p dằ ệ ự ố ưới hình th c ng.ứ ố
Năm 1932, Francis Thomas Bacon, m t giáo s công ngh t i Đ i h cộ ệ ạ ọ Cambridge, Anh, đã ch t o ra h th ng pin nhiên li u alkine (AFC) s d ng đi n c c kim lo i x p làế ệ ố ệ ụ ệ ự ố n n t ng cho NASA ch t o tàu vũ tr s d ng pin nhiên li u đ đ a ngề ả ế ụ ụ ệ ể ười lên m tặ trăng vào năm 1968
Năm 1963, pin nhiên li u s d ng màng đệ ụ ược phát tri n b i hãng GE nh cơng trìnhể c a Thomas Grubb và Leonard Niedrach.ủ
Năm 1970, Karl Kordesh xây d ng b pin nhiên li u k t h p acqui trên m t ô tô lai 4ự ộ ệ ế ợ ộ ch và đã ho t đ ng đỗ ộ ược 3 năm thành ph thở ố ường x y ra k t xe.ả ẹ
Gi a năm 1970ữ , t bào nhiên li u dùng h th ng axit photphoric ra đ i.ế ệ ệ ố Năm 1980, pin nhiên li u dùng cacbon n u ch y (MCFC) phát tri n m nh.ệ ấ ả ể Năm 1990, pin nhiên li u oxit r n (SOFC) đệ ắ ược phát tri n.ể
Nh ng năm 1990sữ , pin nhiên li u d ng màng (PEFC) xu t hi n v i m t đ công su tệ ấ ệ ậ ộ ấ thu đượ ấc r t cao
(5)vi n, các phệ ương ti n v n chuy n, tr m không gian, khách s n, các nhuệ ậ ể ạ c u sinh ho t c a con ngầ ủ ười…
o So v i năng lớ ượng truy n th ng, pin nhiên li u không gây ô nhi m môiề ố ệ ễ trường; s n ph m th i ra là Hả ẩ ả 2O
o Hi u su t cao > 60%.ệ ấ o Đ tin c y cao.ộ ậ
o Không gây ra ti ng n. ế
Nhược đi m: giá thành cao (h th ng pin nhiên li u lo i màng kho ng 20.000 $ể ệ ố ệ ả trên m t đ n v KW).ộ ị
5.4 Phân lo i ạ
Các h th ng pin nhiên li u đệ ố ệ ược phân lo i theo nhi u cách khác nhau tùy theo cáchạ ề nhìn:
Phân lo i theo nhi t đ ho t đ ng.ạ ệ ộ ộ
Phân theo lo i các ch t tham gia ph n ng.ạ ấ ả ứ Phân lo i theoạ đi n c c.ệ ự
Phân theo lo i cácạ ch t đi n phânấ ệ là cách phân lo i thông d ng ngày nay.ạ ụ Li t kê dệ ưới đây là 6 lo i t bào nhiên li u khác nhau:ạ ế ệ
AFC (Alkaline fuel cell t bào nhiên li u ki m).ế ệ ề
PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell trao đ i h t nhân qua m ngổ ạ l c).ọ
(6)6
MCFC (Molten carbonate fuel cell t bào nhiên li u carbonat nóng ch y).ế ệ ả SOFC (Solid oxide fuel cell t bào nhiên li u oxit r n).ế ệ ắ
DMFC (Direct methanol fuel cell t bào nhiên li u methanol tr c ti p).ế ệ ự ế
Trong các lo i trên thìạ PEMFC có nhi u tri n v ng dùng trong các lo i xe c SOFC vàề ể ọ ộ APU cũng đ u có kh năng trong ng d ng trên ơ tơ. PEMFC, MCFD và SOFC cùng cóề ả ứ ụ trong tương lai trong ng d ng trên các tr m phát đi n. PAFC là công ngh m i đứ ụ ệ ệ ược nghiên c u tuy nhiên v n còn nhi u v n đ kĩ thu t.ứ ẫ ề ấ ề ậ DMFC có th t o bể ước đ t pháộ trong lĩnh v c thi t b di d ng. AFC đự ế ị ộ ược có th để ượ ức ng d ng trong ngành hàngụ không vũ tr ụ
Nhi t đ v n hành c a nh ng lo i t bào nhiên li u khác nhau (n m trong kho ng tệ ộ ậ ủ ữ ế ệ ằ ả ừ 60 t i 1000ớ đ Cộ ). S khác nhau còn n m c u trúc đi n c c, s tinh khi t c a hydroự ằ ấ ệ ự ự ế ủ
anode (
ở DMFC dùng methanol)
5.5 Cách t o m t pin nhiên li u hidrogen đ n gi nạ ộ ệ ơ ả
(7)B n có th t o đạ ể ược m t pin nhiên li u ch v i 10 phút trong nhà b p và th y độ ệ ỉ ế ấ ược khí hydro và khí oxy k t h p v i nhau nh th nào đ t o thành năng lế ợ ế ể ượng đi n s ch.ệ
Đ làm m t pin nhiên li u chúng ta c n:ể ộ ệ ầ
M t dây Nickel ph Platin, hay platin nguyên ch t.ộ ủ ấ
M t que kem, m t m nh g , hay m t m nh nh a hình ch nh t.ộ ộ ả ỗ ộ ả ự ữ ậ
M t đ u k p pin 9 vol.ộ ầ ẹ
M t pin 9 vol.ộ
DMFC đ C