Tích trữ năng lượng (phần 2) (NĂNG LƯỢNG tái tạo SLIDE)

Ch 5: Tích trữ lượng 5.8 Giới thiệu pin nhiên liệu 5.9 Bộ điện phân 5.10 Nhiệt động học pin nhiên liệu 5.11 Hiệu suất lý thuyết pin nhiên liệu 5.12 Đặc tính pin nhiên liệu (lý tưởng thực) 5.13 Các loại pin nhiên liệu Bài giảng 11 Giới thiệu pin nhiên liệu Bài giảng 11 Giới thiệu pin nhiên liệu  Quá trình tạo lưu trữ điện từ nguồn lượng tái tạo, dùng pin nhiên liệu Bài giảng 11 Giới thiệu pin nhiên liệu Bài giảng 11 Ứng dụng pin nhiên liệu Bài giảng 11 Ứng dụng pin nhiên liệu Bài giảng 11 Ứng dụng pin nhiên liệu Daiamler B-Class (2010) GM Equinox Honda FCX Bài giảng 11 Ứng dụng pin nhiên liệu Nạp điện từ lưới điện cố định Xe điện Pin nhiên liệu Bài giảng 11 Ứng dụng pin nhiên liệu Nạp điện từ pin mặt trời lúc chạy Xe điện lai Pin nhiên liệu Bộ quản lý lượng Bài giảng 11 Bộ điện phân  Dòng điện chạy cưỡng qua chất điện ly dùng để tách phân tử nước thành khí hyđrơ ơxy Hiệu suất tổng đến 85% Bài giảng 11 10 Ví dụ 4.9  Giả sử pin nhiên liệu hoạt động 25 °C (298 K) atm tạo nước lỏng (nghĩa là, sử dụng nhiệt trị cao HHV nhiên liệu hydrơ): H2 + ½O2 → H2O(l) ∆H = –285,8 kJ/mol H2 a) Tìm nhiệt lượng tối thiểu sinh mol H2 b) Hiệu suất cực đại pin nhiên liệu bao nhiêu?  Sự sụt giảm entropy chất phản ứng Σ Sreactants = 0,13 × + 0,205 × 0,5 = 0,2325 kJ/K  Sự gia tăng entropy sản phẩm nước lỏng Σ Sproducts = 0,0699 kJ/mol-K × mol = 0,0699 kJ/K Bài giảng 11 27 Ví dụ 4.9  Nhiệt lượng tối thiểu sinh trình Qmin = T(Σ Sreactants – Σ Sproducts) = 298(0,2325 – 0,0699) = 48,45 kJ/mol H2  Enthalpy thừa trình tạo thành nước lỏng từ H O2 H = 285,8 kJ/mol H2 Hiệu suất cực đại xảy Q tối thiểu η max Qmin 48,45 = 1− = 1− = 0,83 = 83% H 285,8 Bài giảng 11 28 Năng lượng tự Gibbs hiệu suất PNL  Hóa giải phóng phản ứng coi gồm hai phần: phần không liên quan đến entropy, gọi lượng tự ∆G, chuyển hóa trực tiếp thành điện hay công học, cộng với phần phải tồn dạng nhiệt  Năng lượng tự Gibbs ∆G tương ứng với điện (hoặc năng) ngõ cực đại, khơng liên quan đến entropy, có từ phản ứng hóa học ∆G = ∑ Gproducts − ∑ Greactants Bài giảng 11 η max ∆G = ∆H 29 Ví dụ 4.10  Hiệu suất cực đại STP pin nhiên liệu PEM dựa vào nhiệt trị cao (HHV) hyđrô bao nhiêu? H2 + ½O2 → H2O(l) ∆H = –285,8 kJ/mol H2  Từ bảng 4.6 lượng tự Gibbs H2 O2 0, giá trị sản phẩm, nước lỏng, −237,2 kJ ∆G = −237,2 − (0 + 0) = −237,2 kJ/mol  Vậy, η max ∆G − 237,2 kJ/mol = = = 0,83 = 83% ∆H − 285,8 kJ/mol Bài giảng 11 30 Ngõ pin nhiên liệu lý tưởng  Với pin nhiên liệu hyđrô lý tưởng, điện ngõ cực đại với độ lớn ∆G Bên đại lượng điện số số: q = điện tích điện tử = 1,602 × 10−19 coulombs N = số Avogadro = 6,022 × 1023 phân tử/mol v = thể tích mol khí lý tưởng STP = 22,4 lít/mol n = tốc độ hyđrô vào pin nhiên liệu (mol/s) I = dòng điện (A), với A = coulomb/s VR = điện áp lý tưởng hai điện cực (volts) P = công suất điện sinh (W) Bài giảng 11 31 Ngõ pin nhiên liệu lý tưởng  Dòng điện qua tải I (A) = 192.945n  Với pin nhiên liệu tạo nước lỏng, ∆G = 237,2 kJ/mol (H2), công suất lý tưởng (W) cung cấp cho tải P (W) = 237.200n  Và điện áp sinh cực pin nhiên liệu lý tưởng VR = P (W)/I (A) = 1,229 V  Suất tiêu thụ hyđrô pin nhiên liệu lý tưởng Suất tiêu thụ hyđrô = Khối lượng/Năng lượng = 30,35 g H2/kWh Bài giảng 11 32 Đặc tính điện pin nhiên liệu thực  PNL thực không cung cấp tồn lượng tự Gibbs, có tổn hao  Các tổn hao bao gồm tổn hao kích hoạt (cho chất xúc tác), tổn hao ohm (do điện trở nội), tổn hao fuel crossover (nhiên liệu ngang mà khơng giải phóng điện tử), tổn hao truyền khối (khí hyđrơ ơxy gặp khó khăn việc đến điện cực)  Vì lý lý khác, pin nhiên liệu thực, nói chung, tạo khoảng 60 – 70% giá trị cực đại lý thuyết Bài giảng 11 33 Đặc tính điện pin nhiên liệu thực 0,25 V = 0,85 − 0,25 J = 0,85 − I A Bài giảng 11 34 Ví dụ 4.11  Một PNL 1-kW hoạt động liên tục để cung cấp tồn nhu cầu điện cho ngơi nhà điển hình Mỹ Nếu PNL tạo 48 V dc pin với điện áp pin 0,6 V, cần pin nhiên liệu diện tích màng trao đổi proton pin bao nhiêu?  48/0,6 = 80 pin nhiên liệu mắc nối tiếp để tạo 48 VDC Dòng điện cần phải chạy pin nhiên liệu I = P / V = 1000 / 48 = 20,83 A  Dùng đường cong xấp xỉ, diện tích cần có A = 0,25 × I / (0,85 - Vcell) = 20,83 cm2 Bài giảng 11 35 Các loại pin nhiên liệu Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC) Alkaline Fuel Cells (AFC) Molten-Carbonate Fuel Cells (MCFC) Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) Bài giảng 11 36 Các loại pin nhiên liệu Bài giảng 11 37 Các loại pin nhiên liệu  Đồng phát điện nhiệt nâng hiệu suất lên đến 70% Bài giảng 11 38 Các loại pin nhiên liệu Bài giảng 11 39 Các loại pin nhiên liệu Bài giảng 11 40 Thí nghiệm GPL Bài giảng 11 41 ...Giới thiệu pin nhiên liệu Bài giảng 11 Giới thiệu pin nhiên liệu  Quá trình tạo lưu trữ điện từ nguồn lượng tái tạo, dùng pin nhiên liệu Bài giảng 11 Giới thiệu pin nhiên liệu Bài giảng 11 Ứng... quan trọng: Có lượng giải phóng có số chuyển thành điện  Ba đại lượng từ nhiệt động học: enthalpy, lượng tự do, entropy  Định nghĩa enthalpy: Enthalpy tổng nội U tích số thể tích V áp suất... cấp dạng lượng, số dạng “tốt hơn” dạng khác Điện (sinh cơng) có chất lượng cao Nhiệt có chất lượng thấp nhiều, nhiệt nhiệt độ thấp có giá trị thấp nhiệt nhiệt độ cao  Hóa tốt nhiệt năng, điện