Pin nhiên liệu đã được nhiều người nghiên cứu từ thế kỉ 19, nhưng phát minh đầu tiên về pin nhiên liệu được ghi nhận là của ông William Robert Grove (18111896) nhà khoa học tự nhiên xứ Wales vào năm 1839. Phát minh dựa trên cơ sở của quá trình điện phân nước. Ông Grove tin rằng, nếu có thể tách nước thành hydro và oxy nhờ vào năng lượng điện thì quá trình ngược lại cũng có thể xảy ra, tức là có thể sản xuất ra dòng điện bằng cách kết hợp hydro và oxy. Ở thời điểm này, platin được xem là chất xúc tác cho phản ứng giữa hydro và oxy. Dựa vào các giả thiết đó, ông Grove đã chế tạo thành công mô hình thực nghiệm đầu tiên của pin nhiên liệu, bao gồm hai điện cực platin được bao trùm bởi hai ống hình trụ bằng thủy tinh, một ống chứa hydro và ống kia chứa oxy. Khi chúng được nhúng trong axit sulfuric loãng, một dòng điện xuất hiện giữa hai điện cực và nước được sinh ra trong các ống. Để tăng điện áp đầu ra, ông đã liên kết nhiều thiết bị với nhau và tạo thành một thiết bị gọi là acquy khí”. Năm 1889, hai nhà hóa học Ludwig Mond và Charles Langer đã cố gắng phát triển mô hình của Grove vào ứng dụng trong thực tế bằng việc sử dụng không khí và khí than đá làm nhiên liệu. Thuật ngữ “pin nhiên liệu” cũng bắt nguồn từ đây.Mới đây nhất, các nhà khoa học tại Đại học Stanford Mỹ đứng đầu là Giáo sư hóa học Hongjie Dai đã phát triển một thế hệ pin mới là pin kim loại không khí với hoạt tính xúc tác cao hơn, bền hơn, chi phí thấp hơn các loại pin được sử dụng rộng rãi hiện nay.Trong đó pin nhiên liệu kẽm không khí lựa khả thi nhất về mặt kỹ thuật và kinh thế với sự kết hợp giữa oxi trong không khí và kẽm được điện phân trong môi trường kiềm lỏng để sản xuất điện với một sản phẩm phụ là oxit kẽm. Khi quá trình này được đảo ngược trong thời gian sạc thì oxi và kẽm kim loại được tái sinh. Trong đó đáng chú ý nhất là sự kết hợp giữa cabaltoxit và hydroxit của hợp kim NiFe tạo ra pin kẽm không khí có mật độ năng lượng cao gấp 2 lần pin lithiumion hiện tại. Phát hiện này là một bước quan trọng hướng đến việc phát triển pin kẽm không khí có thể sạc lại mặc dù còn nhiều thách thức khác liên quan đến thời gian hoạt động của điện cực kẽm.
Company LOGO NĂNG LƯỢNG VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG CHÀO MỪNG THẦY VÀ CÁC BẠN Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP.hcm ĐỀ TÀI: “Pin Nhiên Liệu Kẽm/ Không Khí” GVHD : HỒNG TRÍ SVTH : TRẦN MINH TRÍ NƠI DUNG A Lịch sử hình thành phát triển B Định nghĩa, phân loại, cấu tạo nguyên lý hoạt động I Định nghĩa II Phân loại III Cấu tạo IV Hệ thống pin nhiên liệu V Nguyên lý hoạt động A LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN Pin nhiên liệu nhiều người nghiên cứu từ kỉ 19, phát minh pin nhiên liệu ghi nhận ông William Robert Grove (1811-1896) nhà khoa học tự nhiên xứ Wales vào năm 1839 Phát minh dựa sở trình điện phân nước Ơng Grove tin rằng, nếu tách nước thành hydro oxy nhờ vào lượng điện q trình ngược lại xảy ra, tức sản xuất dịng điện cách kết hợp hydro oxy Mới nhất, nhà khoa học Đại học Stanford- Mỹ đứng đầu Giáo sư hóa học Hongjie Dai phát triển hệ pin pin kim loại, khơng khí với hoạt tính xúc tác cao hơn, bền hơn, chi phí thấp loại pin sử dụng rộng rãi Trong đáng ý kết hợp cabalt-oxit hydroxit hợp kim Ni-Fe tạo pin kẽm /khơng khí có mật độ lượng cao gấp lần pin lithium-ion Phát bước quan trọng hướng đến việc phát triển pin kẽm/ khơng khí sạc lại nhiều thách thức khác liên quan đến thời gian hoạt động điện cực kẽm B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: I/ Định nghĩa : Pin nhiên liệu pin tạo dịng điện trực tiếp từ phản ứng hóa học Giống ắc quy, khác chỗ pin nhiên liệu thiết kế cho chất phản ứng cung cấp liên tục hết, tạo điện từ nguồn nhiên liệu cung cấp bên ngồi oxi khác với khả tích trữ lượng bên giới hạn ắc quy Hơn nữa, điện tích bên ắc quy phản ứng thay đổi ắc quy tích điện phóng điện, điện tích pin nhiên liệu xúc tác tương đối ổn định B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: II/ Phân loại : Pin nhiên liệu có loại + Pin nhiên liệu dùng màng điện phân + Pin nhiên liệu kiềm + Pin nhiên liệu oxit rắn + Pin nhiên liệu axit photphoric + Pin nhiên liệu muối cacbonate nóng chảy B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: III/.Cấu tạo : Anode : dẫn khí hydro đến bề mặt chất xúc tác dẫn electron tách từ phân tử hydro để sử dụng cho mạch điện bên ngồi Khí hydro phân bố gặp chất xúc tác Cathode : dẫn khí oxi tới mặt chất xúc tác, đồng thời dẫn electron sau phản ứng từ mạch điện bên ngoài, kết hợp với ion hydro oxi tạo nước B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Màng trao đổi proton : có công dụng dẫn proton, đồng thời ngăn cản electron di chuyển từ anode sang cathode B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Chất xúc tác : làm cho phản ứng hydro oxi dễ dàng Nó làm thay đổi trạng thái hóa học hydro oxi không tự thay đổi B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: IV/ Hệ thống pin nhiên liệu : Bộ xử lý nhiên liệu : dùng để chuyển đổi khí thương mại sẵn có hay nhiên liệu khác dạng lỏng rắn thành nhiên liệu phù hợp với phản ứng xảy điện cực B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Thiết bị biến đổi lượng : Nhằm biến đổi hóa nhiên liệu thành điện Bộ điều hịa cơng suất : Dịng điện pin tạo thường không sử dụng trực tiếp cho tải điện mà phải thông qua phận biến đổi dòng điện Do pin sản sinh dòng điện chiều, tùy theo yêu cầu sử dụng mà ta sử dụng biến đổi dịng điện để chuyển dòng điện chiều sang xoay chiều B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: + Hệ thống thu hồi nhiệt : Nhiệt lượng tận dụng để tạo nước, nước nóng chuyển tiếp thành điện thơng qua turbine khí hay sử dụng cho cơng nghệ nhằm tận dụng triệt để nhiệt độ phát sinh Ngoài ra, hệ thống pin nhiên liệu cịn có hệ thống phụ để xử lý độ ẩm, nhiệt độ, áp suất khí nước thải pin nhiên liệu,… B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: V/ Nguyên lý hoạt động: Các phản ứng hóa học tạo dòng điện xảy điện cực chìa khóa chế hoạt động pin nhiên liệu Tất loại pin nhiên liệu có nguyên lý hoạt động Khi nguyên tử hydro có nhiên liệu vào anode pin nhiên liệu, phản ứng hóa học xảy lấy electron chúng Những nguyên tử hydro lúc bị ion hóa, tạo thành ion hydro mang điện tích dương B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Hình : Sơ đồ mơ tả ngun lý hoạt động pin nhiên liệu B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Các electron mang điện tích âm bị ngăn cản chất điện phân nên di chuyển trực tiếp từ anode sang cathode mà phải vòng qua mạch điện bên ngồi, tạo dịng điện chiều Cùng lúc đó, khí oxi cung cấp đến cathode pin nhận electron này, tạo thành ion oxi Và số dạng pin nhiên liệu, ion oxi kết hợp với ion hydro vừa qua chất điện phân từ anode pin nhiên liệu để tạo thành nước, số dạng pin nhiên liệu khác, ion oxi di chuyển qua chất điện phân đến anode, gặp kết hợp với ion hydro để tạo thành nước Như vậy, dù hydro oxi gặp kết hợp với anode hay cathode cuối tạo nước, thóat khỏi pin Pin nhiên liệu liên tục phát điện cung cấp hydro oxi Trong pin nhiên liệu, electron di chuyển từ anode sang cathode thông qua mạch điện bên ngồi, nên dịng điện qua mạch điện có chiều từ cathode sang anode C ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM 1/ ưu điểm : + Hiệu suất cao + Không ô nhiễm môi trường + công tác phạm vi nhiệt độ tương đối rộng + Tổng hợp lượng tương đối cao + Pin nhiên liệu có khối lượng thể tích nhỏ C ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM 2/ Nhược điểm : + Chi phí đầu tư ban đầu cao + Tuổi thọ sử dụng ngắn + Hydro không tồn trạng thái đơn chất, điều chế, sản xuất hydro khó khăn tốn đơi dẫn đến nhiễm mơi trường + u cầu kỹ thuật bình chứa nhiên liệu khắt khe + hệ thống phụ trợ phức tạp kèm theo Company LOGO Thank You ! ... tích pin nhiên liệu xúc tác tương đối ổn định B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: II/ Phân loại : Pin nhiên liệu có loại + Pin nhiên liệu dùng màng điện phân + Pin nhiên liệu. .. xảy điện cực chìa khóa chế hoạt động pin nhiên liệu Tất loại pin nhiên liệu có nguyên lý hoạt động Khi nguyên tử hydro có nhiên liệu vào anode pin nhiên liệu, phản ứng hóa học xảy lấy electron... kiềm + Pin nhiên liệu oxit rắn + Pin nhiên liệu axit photphoric + Pin nhiên liệu muối cacbonate nóng chảy B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: III/.Cấu tạo : Anode : dẫn khí