Thiết kế bản điện cực trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) sử dụng cho xe chạy điện

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HOÀNG VĂN LINH THIẾT KẾ BẢN ĐIỆN CỰC TRONG PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON (PEMFC) SỬ DỤNG CHO XE CHẠY ĐIỆN Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học :PGS TS Đặng Văn Nghìn Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hồng Văn Linh Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/02/1982 Nơi sinh : Thanh Hóa Chuyên ngành: Cơng nghệ chế tạo máy Khố (Năm trúng tuyển): 2009 1- TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BẢN ĐIỆN CỰC TRONG PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON (PEMFC) SỬ DỤNG CHO XE CHẠY ĐIỆN 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu tổng quan pin nhiên liệu xe điên - Phân tích phương án thiết kế điện cực pin nhiên liệu PEMFC - Tính tốn thiết kế điện cực pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) sử dụng cho xe điện chạy chậm (Neighborhooh Electric Vehicle (NEV)) công suất 3,96 Kw 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ngày 02 tháng năm 2010 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : ngày 01 tháng 12 năm 2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Đặng Văn Nghìn Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CÁM ƠN Em xin gửi lời cám ơn chân thành lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Đặng Văn Nghìn - người trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em thực thành công luận văn Những ý kiến định hướng giá trị thầy giúp em giải vướng mắc trình thực luận văn Em xin cám ơn thầy khoa Cơ Khí, trường ĐH Bách Khoa ĐHQG TP Hồ Chí Minh - người dạy bảo truyền đạt tri thức cho em suốt thời gian học tập trường ĐH Bách Khoa Em xin cám ơn thầy cô phịng sau đại học - người ln giải đáp hướng dẫn em thực tốt học vụ trường Cuối cùng, xin cám ơn gia đình, bạn bè tập thể lớp cao học khóa 2009 ngành Chế tạo máy - người bên cạnh tôi, chia sẻ, cổ vũ động viên suất thời gian qua Tác giả Hồng Văn Linh LỜI NĨI ĐẦU Nhu cầu lượng Việt Nam giới ngày tăng cao để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế gia tăng dân số Nhiên liệu đa số phương tiện giao thông tại: xe hơi, xe lửa, máy bay… xăng dầu Hơn nữa, tỉ lệ cao nhà máy điện nhiệt điện dùng dầu hỏa, khí thiên nhiên hay than đá Cả giới phụ thuộc vào dạng lượng hóa thạch dầu mỏ than đá Các nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt tương lai gần chúng hết Mặt khác, chất thải từ việc sử dụng nguồn lượng hóa thạch có tác động xấu tới mơi trường Các vấn đề tồn cầu thay đổi khí hậu, nóng lên trái đất, thủng tầng ơzon, dâng nước biển có nguyên nhân trực tiếp từ khí thải sử dụng nguồn lượng hóa thạch Để giải mâu thuẫn trên, nguồn lượng thân thiện với môi trường phát triển giới Và dạng lượng pin nhiên liệu Pin nhiên liệu có ưu điểm lớn nguồn nguyên liệu đầu vào hydro oxi - chất sẵn có có trữ lượng vô hạn thiên nhiên Mặt khác sản phẩm lượng điện nước khơng tác động xấu tới mơi trường Ở Việt Nam, có vài nghiên cứu thành công ban đầu pin nhiên liệu sử dụng cồn methanol chưa đầu tư quan tâm mức nhà nước tổ chức nhà khoa học Với mong muốn thúc đẩy phát triển pin nhiên liệu Việt Nam, tác giả thực luận văn thạc sỹ có tên gọi”Thiết kế điện cực pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) sử dụng cho xe chạy điện” Mục tiêu luận văn Thiết kế điện cực pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) sử dụng cho xe điện chạy chậm (NEV) Để đạt mục tiêu trên, luận văn thực gồm chương sau: Chương 1: Giới thiệu đề tài Chương 2: Tổng quan tình hình nghiên cứu Chương 3: Phân tích phương án thiết kế điện cực pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) Chương 4: Thiết kế điện cực Chương 5: Kết luận Chương trình bày tổng quan pin nhiên liệu xe địên Pin nhiên liệu đề cập tới chủ đề: nguyên lý, cấu tạo, phân loại ứng dụng Phần xe điên sâu vào xu hướng phát triển xe điện: kết cấu lượng sử dụng Chương tóm tắt số nghiên cứu pin nhiên liệu với nội dung: thành phần pin tối ưu thông số vận hành Chương trình bày vật liệu sử dụng: graphite, kim loại vật liệu composit Các phương án thiết kế cấu trúc dạng kênh phân tích từ lựa chọn phương án cho thiết kế Chương nêu số lưu ý thiết kế pin nhiên liệu, thông số giới hạn: áp suất, nhiệt độ vận hành, độ ẩm chất phản ứng Tiếp theo, đưa trình tự thiết kế tính tốn số đáp ứng pin Chương Tóm lược cơng việc thực Cho tới chưa có tài liệu thống thiết kế điện cực pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) nên thực đề tài gặp nhiều khó khăn, luận văn tập trung vào phân tích tổng hợp tài liệu sách, báo khoa học, luận văn số sáng chế (paten) có liên quan…vv lập nên trình tự thiết kế điện cực Hồng Văn Linh TÓM TẮT LUẬN VĂN Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) nguồn lượng có lượng khí thải không PEMFC phù hợp sử dụng cho phương tiện giao thơng pin có hiệu suất cao, nhiệt độ vận hành thấp, thời gian khởi động nhanh hệ thống đơn giản Bản điện cực thành phần quan trọng PEMFC, chúng đảm nhiệm chức năng: cung cấp hydro oxy cho phản ứng, hấp thụ điện tích truyền mạch điện tạo điều kiện thuận lợi quản lý nước nhiệt pin Bản điện cực chiếm 60% khối lượng 30% chi phí cụm pin PEMFC Khối lượng giá thành cụm pin giảm cách phát triển cấu trúc kênh dẫn lựa chon vật liệu nhẹ Luận văn tập trung phân tích tổng hợp tài liệu khoa học, làm rõ đặc điểm hoạt động pin nhiên liệu, điểm cần lưu ý thiết kế Vật liệu chế tạo điện cực cấu trúc kênh, dạng kênh phân tích ưu nhược điểm ứng dụng loại giúp cho trình lựa chọn phương án thiết kế thuận lợi PEMFC ứng dụng phù hợp cho phương giao thơng Luận văn thực tính tốn thiết kế điện cực pin nhiên liệu PEM cho loại xe điện chạy chậm – chúng loại xe điện phổ biến sử dụng rộng rãi nơi công cộng Mục lục Lời cám ơn Lời mở đầu Tóm tắt luận văn thạc sĩ Danh mục hình vẽ Danh mục bảng Quy ước ký hiệu CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu pin nhiên liệu – Fuel Cell 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Cấu tạo 1.1.3 Nguyên lý hoạt động 1.1.4 Phân loại 1.1.5 Lịch sử phát triển 1.1.6 Ứng dụng 12 1.2 Giới thiệu pin nhiên liệu màng trao đổi proton – PEMFC 16 1.2.1 Nguyên lý cấu tạo 16 1.2.2 Các thành phần pin nhiên liệu PEMFC 17 1.2.3 Cụm pin nhiên liệu – Fuel cell Stack 18 1.2.4 Hệ thống pin PEM – Fuel Cell System 19 1.3 Xe chạy điện 20 1.3.1 Xu hướng phát triển xe điện 20 1.3.1.1 Kết cấu xe 20 1.3.1.2 Nguồn lượng cho xe 27 1.3.2 Xe điện 30 1.3.2.1 Lịch sử phát triển 30 1.3.2.2 Chính sách phát triển xe điện số quốc gia 34 1.3.2.3 Xe điện chạy chậm - NEV (neighborhood electric vehicle) 36 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 40 CHƯƠNG PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BẢN ĐIỆN CỰC TRONG PIN NHIỆN LIỆU PEM 43 3.1 Vật liệu chế tạo điện cực 45 3.1.1 Vật liệu Graphite 45 3.1.2 Vật liệu kim loại 46 3.1.3 Vật liệu composit 46 3.2 Các phương án thiết kế kênh dẫn 48 3.2.1 Pin-type flow field 49 3.2.2 Straight flow field 49 3.2.3 Serpentine flow field 50 3.2.4 Intergrated flow field 51 3.2.5 Interdigitated flow field 51 3.2.6 Bản điện cực chế tạo từ kim loại 51 CHƯƠNG THIẾT KẾ BẢN ĐIỆN CỰC 54 4.1 Một số đặc điểm cần lưu ý thiết kế PEMFC 55 4.1.1 Kích thước cụm pin 55 4.1.2 Thông số vận hành 58 4.2 Thiết kế điện cực – bipolar plates 62 4.2.1 Yêu cầu 61 4.2.2 Trình tự thiết kế 63 CHƯƠNG KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình cấu tạo pin nhiên liệu …………………2 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý pin nhiên liệu Hình 1.3 Mơ hình pin William Grrove 11 Hình 1.4 Một số hình ảnh ứng dụng thực tế pin nhiên liệu thiêt bị sách tay 12 Hình 1.5 Một số hình ảnh ứng dụng thực tế pin nhiên liệu phương tiện giao thông 13 Hình 1.6 Tàu Apolo sừ dụng pin nhiên liệu AFC 14 Hình 1.7 Một số trạm phát điện thực tế sử dụng pin nhiên liệu 14 Hình 1.8 Sơ đồ miền ứng dụng pin nhiên liệu 15 Hình 1.9 Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu PEMFC 16 Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo pin PEMFC 17 Hình 1.11 Sơ đồ cụm pin PEM – Stack 18 Hình 1.12 Mơ hình cụm PEM – Stack 19 Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống pin nhiên liệu PEMFC 19 Hình 1.14 Cấu trúc xe điện 20 Hình 1.15 Thành phần chung xe điện 21 Hình 1.16 Các cấu trúc khác xe điện 22 Hinh 1.17 Sở đồ cấu trúc dòng lượng xe điện Hybrid 24 67 V୭୦୫ = 55(0,005 + 1,32x10ିହ ) = 0,2757 V Hiệu điện tổn thất phân cực nồng độ, ‫[ ܋ܖܗ܋܄‬8]: Vୡ୭୬ୡ = ൬ RT i୐ ൰ nF i୐ − i Trong đó: R: số khí; n: số electron trao đổi; T: nhiệt độ pin; iL: mật độ dòng giới hạn; i: mật độ dịng Đường kính thủy lực [30]: Dୌ = 2wୡ dୡ wୡ + d ୡ Trong đó, wୡ : bề rộng kênh dẫn(m), dୡ : chiều sâu kênh dẫn(m) Dୌ = ∗ 1,5 ∗ 1,5 = 1,5x10ିଷ m 1,5 + 1,5 Lưu lượng dòng chảy vào cụm pin [30]: Q ୱ୲ୟୡ୩ = I S୓మ RT୧୬ N 4F x୓మ P୧୬ − φPୱୟ୲ ୡୣ୪୪ Trong đó: Q ୱ୲ୟୡ୩ : lưu lượng vào cụm pin( mଷ ), Nୡୣ୪୪ : số pin cụm pin, I: Dòng điện cụm pin, s F: số Faraday, S୓మ : hệ số tỉ lệ vận tốc cung cấp oxy x ୓మ : tỉ số oxy không khí, P୧୬ : áp suất vào cụm pin φ: độ ẩm tương đối, Pୱୟ୲ : áp suất bão hòa, R: số khí , T୧୬ : nhiệt độ đầu vào pin Áp suất bão hòa 80ᵒC [30]: 68 lgpsat = - 2,1794 + 0,02953T – 9,1837x10-5 T2 + 1,4454x10-7T3 = - 2,1794 + 0,02953*353 – 9,1837x10-5 *3532 + 1,4454x10-7 *3533 = 47,67 Kpa Trong đó, T : nhiệt độ pin Q ୱ୲ୟୡ୩ = 55 8,314 ∗ 353 mଷ ∗ ∗ ∗ 120 = 13,36 x 10ିଷ ∗ 96485 0,21 101325,01 − 47670 s = 13360 cmଷ s Vận tốc chất phản ứng kênh [30]: ࣰ= Q ୱ୲ୟୡ୩ Nୡୣ୪୪ Nୡ୦ Aୡ୦ ୫ Trong đó: ࣰ: vận tốc kênh ቀ ቁ , Qୱ୲ୟୡ୩ : lưu lượng vào cụm pin ቀ ୱ ୫య ୱ ቁ, Nୡୣ୪୪ : số pin cụm pin, Nୡ୦ : số kênh song, Aୡ୦ : diện tích mặt cắt ngang kênh ࣰ= 13360 cm = 95,156 ቀ ቁ 120 ∗ 52 ∗ 0,15 ∗ 0,15 s Mật độ lưu chất [30]: ρ= (P − Pୱୟ୲ )Mୟ୧୰ + Pୱୟ୲ ∗ Mୌమ ୓ (101325,01 − 47670)29 + 47670 ∗ 18 = RT 8,314 ∗ 353 = 822,55 kg g = 0,82255 mଷ cmଷ µ=2x10-5kg/ms = 0,0002g/cms Hệ số Reynol: Re = Trong đó: ρࣰ Dୌ μ 69 ρ: mật độ lưu chất ቀ μ: độ nhớt ( ୩୥ ୫య ୫ ቁ , ࣰ : vận tốc dịng chảy ቀ ቁ , Dୌ : đường kính thủy lực (m) ୱ kg ) m∗s Re = 0,82255 ∗ 95,156 ∗ 0,15 = 58702,92 0,0002 Re > 2300 nên dòng chảy chảy rối hệ số Sherwood, Sh = 5,39 [30] Hệ số cản khuếch tán [30], theo Bảng G [30]: ଷ ଷ ଷ T ଶ 353 ଶ 353 ଶ ൰ = D୓మି୒మ ∗ ൬ ൰ = 0,21x10ିସ ∗ ൬ ൰ D୧,୨ (T) = D୧,୨ T୰ୣ୤ ∗ ൬ T୰ୣ୤ 273 273 = 0,228x10ିସ m/s Hệ số di chuyển khối lượng [30]: h୫ = Sh D୧,୨ 0,228x10ିସ = 5,39 = 0,0801 m/s Dୌ 1,5x10ିଷ Nồng độ O2 vào kênh dẫn, mol O2 phản ứng X ୓మ = 0,21 C୓మ,୧୬ = X ୓మ ∗ P 101325,01 = 0,21 ∗ = 7,25 mol/mଷ RT 8,314 ∗ 353 Mật độ dòng điện giới hạn [30]: −h୫ x −0,0801 ∗ ൰ = ∗ 96478 ∗ 0,0801 ∗ 7,25 exp ൬ ൰ i୐ = nFh୫ C୫,୧୬ exp ൬ v୫ wϐ୪୭୵ v୫ wϐ୪୭୵ = 224125 A A = 22,4125 mଶ cmଶ Trong đó: i୐ : mật độ dịng điện giới hạn ( ୫୅ ୡ୫మ ); n: Số electron trao đổi; F: số Faraday; 70 mol h୫ : hệ số trao đổi khối lượng; C୫,୧୬ : nồng độ oxy vào ൬ ଷ ൰ ; x: vị trí; m v୫ : tốc độ dòng kênh Vୡ୭୬ୡ = ൬ RT 8,314 ∗ 353 i୐ 22,4125 ൰ ൰ =൬ = 0,0078 V nF i୐ − i ∗ 96478 22,4125 − 0,5 Hiệu điện pin: V = V୰ୣ୴ – V୧୰୰ୣ୴ = V୰ୣ୴ − (Vୟୡ୲ + V୭୦୫ + Vୡ୭୬ୡ ) Vୡୣ୪୪ = 1,172 − (0,424 + 0,2757 + 0,0078) = 0,4645V 6) Tốc độ chất phản ứng cụm pin Trong pin: • Tốc độ oxy: Oxy tham gia phản ứng, theo định luật Faraday: N୓మ = I 55 mol = = 0,1425 x 10ିଷ s 4F ∗ 96485 Trong đó: N୓మ ቀ ୫୭୪ ୱ ቁ : Oxy tham gia phản ứng I(A): Cường độ dòng điện cụm pin ; F: Hằng số Faraday Oxy vào pin: N୓మ = S ∗ N୓మ,ౙ౥౤౩ = ∗ 0,1425 x 10ିଷ = 0,4275 x 10ିଷ Trong đó: N୓మ,ౙ౥౤౩ ( Nୟ୧୰ = N୓మ ୫୭୪ ୱ ): oxy tham gia phản ứng 0,4275 x 10ିଷ mol = = 3,036 x 10ିଷ x ୓మ 0,21 s Khối lượng khơng khí cung cấp: mol s 71 mୟ୧୰ = Nୟ୧୰ ∗ Mୟ୧୰ = 3,036 x 10ିଷ ∗ 29 = 0,088 g s ୥ Trong đó: mୟ୧୰ ( ): Khối lượng khơng khí cung cấp Mୟ୧୰ : khối lượng ୱ mol trung bình khơng khí • Tốc độ hydro: Hydro tham gia phản ứng: Nୌమ = I 55 mol = = 0,285 x 10ିଷ 2F ∗ 96485 s Trong đó: Nୌమ ( ୫୭୪ ୱ ); I(A): Cường độ dòng điện cụm pin ; F: Hằng số Faraday Hydro vào pin: Nୌమ = S ∗ Nୌమ,ୡ୭୬ୱ = 1,2 ∗ 0,285 x 10ିଷ = 0,342 x 10ିଷ ୫୭୪ ୱ Trong đó: S: hệ số tỉ lệ Stoimetric; Nୌమ ,ୡ୭୬ୱ : hydro tham gia phản ứng Khối lượng hydro cung cấp mୌమ = Nୌమ ∗ Mୌమ = 0,342 x 10ିଷ ∗ = 0,684 x 10ିଷ ୥ ୱ Trongđó: mୌమ : khối lượng hydro cung cấp; Mୌమ : khối lượng phân tử hydro • Tốc độ khối lượng nước tạo Nước tạo phản ứng Nୌమ୓ = I mol = 0,285 x 10ିଷ 2F s 72 Trong đó: Nୌమ୓ : nước tạo gia phản ứng mୌమ୓ = Nୌమ ୓ ∗ Mୌమ୓ = 0,285 x 10ିଷ ∗ 18 = 5,13 x 10ିଷ ୥ ୱ mୌమ୓ : khối lượng nước tạo ra; Mୌమ୓ : khối lượng phân tử nước Trong cum pin mୟ୧୰ = Nୟ୧୰ ∗ Mୟ୧୰ ∗ Nୡୣ୪୪ = 0,0876 ∗ 120 = 10,512 g s mୌమ = Nୌమ ∗ Mୌమ ∗ Nୡୣ୪୪ = 0,684 x 10ିଷ ∗ 120 = 0,0821 g s mୌమ ୓ = Nୌమ୓ ∗ Mୌమ୓ ∗ Nୡୣ୪୪ = 5,13 x 10ିଷ ∗ 120 = 0,6156 g s 7) Nước chất phản ứng Trong hydro cung cấp mୌమ୓,ୌమ = Sୌమ = 1,2 Mୌమ୓ φୟ୬ Pୱୟ୲ I ∗ Nୡୣ୪୪ 2F Pୟ୬ − φୟ୬ Pୱୟ୲ 18 47670 g ∗ 55 ∗ 120 = 0,656 ∗ 96485 101325,01 − 47670 s Trong khơng khí cung cấp mୌమ୓,ୌమ = S୓మ =3 Mୌమ୓ φୡୟ Pୱୟ୲ I ∗ Nୡୣ୪୪ 4F Pୡୟ − φୡୟ Pୱୟ୲ 18 47670 g ∗ 55 ∗ 120 = 0,82 ∗ 96485 101325,01 − 47670 s 8) Nhiệt tạo [8]: ܳ௚௘௡ = (1,254 − ܸ௖௘௟௟ )I ∗ Nୡୣ୪୪ Trong đó: 73 Q୥ୣ୬ : nhiệt tạo(W), Vୡୣ୪୪ : điện pin, I: dòng điện pin, Nୡୣ୪୪ : số pin ܳ௚௘௡ = (1,254 − 0,4645)55 ∗ 120 = 5210,7 W 9) Hiệu suất [4]: ߤ= ܸ௢௨௧ 0,4645 = = 0,313 1,481 1,481 Trong đó: ߤ: hiệu suất pin; ܸ௢௨௧ : hiệu điện pin Hiệu suất pin đạt 31,3% 10) Công suất cụm pin đạt là: Pୱ୲ୟୡ୩ = V୭୳୲ ∗ I ∗ Nୡୣ୪୪ = 0,4645 ∗ 55 ∗ 120 = 3,065 KW Sử dụng thêm công suất từ ắc quy cung cấp công suất cho xe hệ thống cụm pin như: bơm, quạt cung cấp lượng khởi động cho cụm pin Bảng 4.3 Thông số thiết kế điện cực Ký hiệu Vật liệu Dạng kênh dẫn Dài Kích thước Rộng Bề dày Rộng Kích thước Sâu Kênh dẫn Khoảng cách hai kênh liền kề Giá trị Đơn vị Wc dc 140 140 1,5 1,5 mm mm mm mm mm WL 0,5 mm Graphite Serpentine 74 Bảng 4.4 Đặc điểm cụm pin Ký hiệu Giá trị Đơn vị Nhiệt độ vận hành Tstack 80 ᵒC Áp suất vận hành Pstack atm S 2/3 Hiệu suất pin µ 31,3 % Số lượng pin 120 Hiệu điện pin Vcell 0,4645 V Diện tích hoạt động Aactive 110 cm2 Hiệu điện cụm pin Vstack 72 V Cường độ dòng điện I 55 A Mật độ dịng điện i 0,5 A Cơng suất cụm pin P 3,065 KW Ký hiệu Giá trị Đơn vị RHcathode 100 % mୟ୧୰ 0,088 g/s Cực dương/Cực âm tỉ lệ vận tốc khí vào(hệ số Stoimetric) Bảng 4.5 Đặc điểm cực âm Độ ẩm Tốc độ khối lượng khí vào Lưu lượng Oxy Q ୡạ୲୦୭ୢୣ Tốc độ Oxy Vcathode 95,156 Ký hiệu Giá trị Đơn vị RHanode 100 % mhydro 0,684 x 10ିଷ g/s 111,33 cmଷ /s cm/s Bảng 4.6 Đặc điểm cực dương Độ ẩm Tốc độ khối lượng khí vào 75 CHƯƠNG5 KẾT LUẬN 76 KẾT LUẬN Đề tài q trình thực gặp nhiều khó khăn chưa có tài liệu thống thiết kế điện cực Luận văn tập trung vào phân tích tổng hợp tài liệu sách, báo khoa học, luận văn số sáng chế (paten) có liên quan…vv lập nên trình tự thiết kế điện cực Luận văn thực nghiên cứu tổng quan pin nhiên liệu (nguyên lý, cấu tạo, phân loại ứng dụng) xe địên (xu hướng phát triển xe điện), phân tích phương án thiết (đánh giá vật liệu chế tạo cấu trúc kênh dẫn) Trên sở phân tích phương án thiết kế luận văn thực thiết kê điện cực cho pin nhiên liệu PEM sử dụng vật liêu chế tạo graphite, mặt cắt ngang hình chữ nhật dạng kênh serpentine Luận văn lựa chọn phận lại cụm pin thiết kế pin nhiên liệu PEM, tính tốn số đặc điểm pin, cụm pin hai cực( trình bày chương 4) 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Kumar and R G Reddy, Effect of channel dimensions and shape in the flowfield distributor on the performance of polymer electrolyte membrane fuel cells, Journal of Power Sources, 113, 11-18, 2003 Allen Hermanna, Tapas Chaudhuri, Priscila Spagnol Bipolar plates for PEMfuel cells:Areview 2005 An Introduction to Fuel Cells and Related Transport Phenomena Bruce Lin, CONCEPTUAL DESIGN AND MODELING OF A FUEL CELL SCOOTER FOR URBAN ASIA, thesis 1999 Cavalca C, Homeyer ST, Walsworth E US Patent No 5686199, 1997 Chow CY, Wozniczka B, Chan JKK Canadian Patent No 2274974, 1999 Chow CY, et al US Patent No 5804326, 1998 Colleen Spiegel, Designing and Buiding Fuel Cells 2007, Mc Graw Hill EG&G Technical Services, Inc., Fuel Cell Handbook (Sixth Edition) 2002, 10 Hao-Ping Wong, Fabrication and Prametric Study of PEM Fuel Cell, thesis for Master of Science, June 2004 11 http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_vehicle 12 http://www.fuelcellstore.com 13 http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/fuelcells/fc_types.html 14 J Soler, E Hontanon and L Daza, Electrode permeability and flow-field configuration: influence on the performance of a PEMFC, Journal of Power Sources, 118, 172-178, 2003 78 15 James Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell Systems Explained Second Edition 2003, John Wiley & Sons Ltd 16 Kazim, H T Liu and P Forges, Modeling of Performance of PEM Fuel Cells with Conventional and Interdigitated Flow Field, Journal of Applied Electrochemistry, 29, 1409–1416, 1999 17 L Wang, A Husar, T Zhou and H Liu, A parametric study of PEM fuel cell performances, International Journal of Hydrogen Energy, 28, 1263-1272, 2003 18 Marvin Russel H, Carlstrom CM US Patent No 6500580, 2002 19 Matthew Blair Guenther, Modelling and Design Optimization of Low Speed Fuel Cell Hybrid Electric Vehicles, master 2005 20 Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles, second edition 21 Neutzler JK US Patent No 5776624, 1998 22 P L Hentall, J B Lakeman, G O Mepsted, P L Adcock and J M Moore, New Materials for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Current Collectors, Journal of Power Sources, 80, 235–241, 1999 23 Phạm Thùy Dương, HYDROGEN & PIN NHIÊN LIỆU, Chuyên đề Năng Lượng - VnGG 24 Pollegri A, Spaziante PM US Patent No 4,197,178, 1980 25 Roberta Brayer, Donald Karner, Kevin Morrow, James Francfort Guidelines for the Establishment of a Model Neighborhood Electric Vehicle (NEV) Fleet, June 2006 26 Rock Jeffrey Allan US Patent No 6309773, 2001 27 Rodger McKain, Fuel Cells An Emerging High-Technology Industry, 2006 79 28 Reiser CA, Sawyer RD Solid polymer electrolyte fuel cell stack water management system US Patent No 4769297,1988 29 Spurrier FR, Pierce BE,Wright MK US Patent No 4631239, 1986 30 T V Nguyen, A Gas Distributor Design for Proton-Exchange-Membrane Fuel Cells, The Journal of Electrochemical Society, 143（5）, L103–L105, 1996 31 T V Nguyen and M W Knobbe, A Liquid Water Management Strategy for PEM Fuel Cell Stacks, Journal of Power Sources, 114, 70-79, 2003 32 T Berning, N Djilali Three-diemensional computational analysis of transport phenomena in a PEM fuel cell-a parametric study, 2003 33 Voss HH, Chow CY US Patent No 5230966, 1993 34 Viral Mehta, Joyce Smith Coope, Review and analysis of PEM fuel cells Design and manufacturing 2002 35 Vitale NG US Patent No 5981098, 1999 36 W K Lee, S Shimpalee, and J W Van Zee, Verifying Predictions of Water and Current Distributions in a Serpentine Flow Field Polymer Electrolyte Membrane, Journal of The Electrochemical Society, 150, 341–348, 2003 37 W K Lee, J W Van Zee, S Shimpalee and S Dutta, Effect of Humidity on PEM Fuel Cell Performance Part II-Numerical Simulation, Proceedings of ASME IMECE, Nashville, TN, HTD 364-1, 367–374, 1999 38 Xianguo Li, Imran Sabir Reviewof bipolar plates in PEMfuel cells: Flow-field designs, 2004 39 Yan, Qiangu, Hosein Toghiani, and Junxiao Wu Investigation of water transport through membrane in a PEM fuel cell by water balance experiments, 2006 80 35 Yan, Qiangu, Hosein Toghiani, and Heath Causey Steady state and dynamic performance of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) under various operating conditions and load changes, 2006 40 Z Qi and A Kaufman, PEM fuel cell stacks operated under dry-reactant conditions, Journal of Power Sources, 109,469-476, 2002 Lý lịch trích ngang Họ tên: Hồng Văn Linh Ngày, tháng, năm sinh: 10/02/1982 Nơi sinh: Thanh Hóa Địa liên lạc: 33/9/6 Phạm Văn Chiêu, P.14, Q.Gò Vấp, TP.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 10/2005 – 10/2007 : ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HỒ CHÍ MINH 10/2009 – 2011 : ĐH BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH Q TRÌNH CƠNG TÁC 9/2007 – 8/2008 : Cty Cổ Phần Giám Định Quốc Gia 9/2008 – 12/2009 : Cty Planex Việt Nam 12/2009 – Nay : Trường CĐKTKT Sài Gòn ... gọi? ?Thiết kế điện cực pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) sử dụng cho xe chạy điện? ?? Mục tiêu luận văn Thiết kế điện cực pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) sử dụng cho xe điện chạy. .. TÀI: THIẾT KẾ BẢN ĐIỆN CỰC TRONG PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON (PEMFC) SỬ DỤNG CHO XE CHẠY ĐIỆN 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Nghiên cứu tổng quan pin nhiên liệu xe điên - Phân tích phương án thiết. .. điên - Phân tích phương án thiết kế điện cực pin nhiên liệu PEMFC - Tính tốn thiết kế điện cực pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) sử dụng cho xe điện chạy chậm (Neighborhooh Electric