Báo cáo môn học giới thiệu ngành hóa học pin nhiên liệu

Hiện nay, sự nóng lên toàn cầu hoá, băng tan ở hai cực và ô nhiễm môi trường đang là hồi chuông cảnh báo của thiên nhiên đối với con người. Như chúng ta đã biết, môi trường ngày nay đang ở mức ô nhiễm đáng báo động, một thế giới hướng đến công nghiệp hoá, hiện đại hoá đòi hỏi sử dụng một nguồn năng lượng rất lớn, đó cũng chính là lý do mà chúng ta cần tìm ra các dạng năng lượng sạch để bảo vệ ngôi nhà chung này. Nếu như chúng ta đã quá quen thuộc với các dạng năng lượng như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời, nặng lượng hạt nhân... Thì pin nhiên liệu-chính là một trong những nguồn năng lượng sạch, sẽ được sử dụng rộng rãi trong lai. Cùng với sự tìm tòi các tư liệu, thông tin về pin nhiên liệu trong suốt 10 tuần vừa qua, nhóm 11 của môn giới thiệu ngành Hoá học đã có những kiến thức về pin nhiên liệu. Bài luận lần này sẽ cung cấp những kiến thức về khái niệm, nguyên lí, cấu tạo, phân loại, ứng dụng của pin nhiên liệu. Nhằm để mọi người có cái nhìn tổng quát, rõ nét hơn về những ưu điểm từ nguồn năng lượng pin nhiên liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA HÓA HỌC  Báo cáo mơn học GIỚI THIỆU NGÀNH HĨA HỌC PIN NHIÊN LIỆU Mentor: Huỳnh Thị Kim Tuyên Assistant: Phạm Trúc Vy Thực hiện: Nhóm 11 Nguyễn Bảo Phúc (Leader) Ngơ Triệu Ngọc Mai Cao Thanh Đỗ Thị Vân Anh Lê Minh Bảo Ngơ Thị Hồng Yến Nguyễn Đình Sơn Nguyễn Thị Kim Châu Nguyễn Trung Dũng Trần Thị Thúy Diễm Năm học 2019-2020 MỤC LỤC Trang Lời nói đầu Khái niệm lịch sử hình thành 2 Cấu tạo Phân loại 3.1 Pin nhiên liệu kiềm (AFC) 3.2 Pin nhiên liệu nóng chảy (MCFC) 3.3 Pin nhiên liệu axit photphoric (PAFC) 3.4 Pin nhiên liệu ơxít rắn (SOFC) 3.5 Pin nhiên liệu trao đổi proton qua màng lọc (PEMFC) 10 3.6 Pin nhiên liệu methanol (DMFC) 11 Nguyên lý hoạt động 12 Ứng dụng 13 5.1 Cố định 14 5.2 Di động 14 5.3 Vận chuyển 15 Kết luận 19 Tài liệu tham khảo LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, nóng lên tồn cầu hố, băng tan hai cực ô nhiễm môi trường hồi chuông cảnh báo thiên nhiên người Như biết, môi trường ngày mức ô nhiễm đáng báo động, giới hướng đến cơng nghiệp hố, đại hố địi hỏi sử dụng nguồn lượng lớn, lý mà cần tìm dạng lượng để bảo vệ nhà chung Nếu quen thuộc với dạng lượng như: lượng gió, lượng mặt trời, nặng lượng hạt nhân Thì pin nhiên liệu-chính nguồn lượng sạch, sử dụng rộng rãi lai Cùng với tìm tịi tư liệu, thơng tin pin nhiên liệu suốt 10 tuần vừa qua, nhóm 11 mơn giới thiệu ngành Hố học có kiến thức pin nhiên liệu Bài luận lần cung cấp kiến thức khái niệm, nguyên lí, cấu tạo, phân loại, ứng dụng pin nhiên liệu Nhằm để người có nhìn tổng quát, rõ nét ưu điểm từ nguồn lượng pin nhiên liệu I Giới thiệu pin nhiên liệu Khái niệm pin nhiên liệu Pin nhiên liệu ( -fuel cells- ) thiết bị điện hóa cho phép chuyển hóa trực tiếp lượng phản ứng hóa học thành lượng điện Có nhiều loại pin nhiên liệu, loại có đặc điểm hoạt động riêng Nhiên liệu cho pin cho hydro hay hydrocarbon, chẳng hạn khí thiện nhiên, methanol xăng Pin nhiên liệu hoạt động cung cấp đầy đủ nhiện liệu sinh dòng điện trực tiếp Pin nhiên liệu có nhiều ưu điểm thiết kế triển khai, xây dựng Bên cạnh so sánh số lượng khác hiệu suất pin nhiên liệu cao hẳn Ví dụ hệ thống phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch hiệu suất đạt khoảng 35%, hệ thống phát điện sử dụng công nghệ pin nhiên liệu đạt hiệu suất cao hơn, khoảng 47%, cao trường hợp kết hợp pin nhiên liệu với tuabin hoạt động nhờ vào sản phẩm phụ pin nhiên liệu nhiệt nước Khí thải từ pin nhiên liệu thấp so với đốt cháy Với tỷ lệ phát thải chất gây ô nhiễm môi trường nitrogen oxit (NOx), sunfua oxit (SOx), đặc biệt carbona dioxit (CO2) thấp, pin nhiên liệu thu hút quan tâm nhà hoạch định phát triển lượng nhiều quốc gia giới Đây điểm tuyệt đối pin nhiên liệu so với hệ thống phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Hinh I.1 Pin nhiên liệu Lịch sử hình thành pin nhiên liệu Năm 1839, nhà khoa học người xứ Wales Sir, William Robert Grove chế tạo mơ hình thực nghiệm pin nhiên liệu, bao gồm hai điện cực platin bao trùm hai ống hình trụ thủy tinh, ống chứa hiđrô ống chứa ôxy Hai điện cực nhúng acid sulfuric loãng chất điện phân tạo thành dòng điện chiều Vì việc chế tạo hệ thống pin nhiên liệu phức tạp giá thành đắt, công nghệ dừng lại thập niên 1950 Hình I.2.a Cha đẻ pin nhiên liệu William Robert Grove Thời gian ngành du hành vũ trụ kỹ thuật quân cần dùng nguồn lượng nhỏ gọn hiệu suất cao Các tàu du hành vũ trụ tàu ngầm cần dùng lượng điện không thông qua động đốt NASA định dùng cách sản xuất điện trực tiếp phương pháp hóa học thơng qua pin nhiên liệu chương trình du hành vũ trụ Gemini Apollo Các pin nhiên liệu sử dụng chương trình Gemini NASA phát triển vào năm 1965 Với công suất khoảng kW pin nhiên liệu cung cấp đồng thời điện nước uống cho phi hành gia vũ trụ Các pin nhiên liệu chương trình Gemini dài 60 cm có đường kính 20 cm Công việc nghiên cứu công nghệ pin nhiên liệu bị ngưng đến thập niên 50 kỷ 20 mà tiếp tục phát triển để hoàn thiện Nhờ chế tạo màng (membrane) có hiệu cao vật liệu điện cực có khả chống ăn mịn hóa học tốt nhờ vào cơng tìm kiếm nguồn lượng thân thiện môi trường cho tương lai pin nhiên liệu phát triển mạnh vào đầu thập niên 1990 Thơng qua việc sử dụng pin nhiên liệu dành cho mục đích dân trở thành thực Ngày khả sử dụng trải dài từ vận hành ô tô qua nhà máy phát điện có cơng suất 100 kW ứng dụng bé nhỏ điện thoại di động máy vi tính xách tay II.Cấu tạo pin nhiên liệu Hình II.a Cấu tạo pin nhiên liệu Pin nhiên liệu có cấu tạo đơn giản bao gồm ba thành phần bản: Màng điện giải, điện cực lưỡng cực – Điện cực: Hiện nay, điện cực thường chế tạo từ giấy carbon có phủ chất xúc tác Yêu cầu điện cực loại bỏ phản ứng phụ, dẫn điện proton tốt Chất xúc tác phủ hai điện cực giống tác dụng khác nhau: + Điện cực anode: nơi xảy trình oxi hóa hydro thành ion hydro electron, khuếch tán nhiên liệu đến bề mặt điện cực Anode chọn cần thỏa mãn tiêu chí sau: có khả dẫn điện cao, bền, dễ chế tạo giá thành rẻ… Trong thực tế, kim loại sử dụng nhiều để làm chất hoạt động anode Điện cực anode thường kim loại quý như: Au, Pt, ngồi cịn kim loại với giá thành thấp như: Ni, Ru, Pd +Điện cực cathode diễn trình khử oxy Cathode nơi ion hydro oxy kết hợp với để tạo thành nước Cathode chọn cần thỏa mãn tiêu chí: tính bền cao tiếp xúc với chất điện li, vật liệu dẫn điện Anode cathode chế tạo chung với màng nafion để tạo thành tổ hợp màng điện cực (Membrane electrode assembly-MEA) Tổ hợp màng điện cực (MEA): thành phần cốt lõi pin nhiên liệu giúp tạo phản ứng điện hóa cần thiết Các chất xúc tác cho phép phản ứng diễn màng Nafion cho phép proton qua mà giữ khí riêng biệt Bằng cách điện pin nhiên liệu trì electron mạch để sản suất điện Một màng MEA điển hình bao gồm điện giải, hai lớp chất xúc tác hai lớp phân phối khí (GPL) Một MEA với cấu tạo gọi MEA lớp Một cấu tạo khác MEA MEA lớp bao gòm màng điện giải lớp xúc tác sử dụng cho hai mặt anode cathode MEA lớp tương ứng với MEA lớp có miếng đệm phẳng (sợ thủy tinh gia cố silicon) xung quanh hai điện cực Xi gắn vật liệu Lớp khuếch tán khí Chất xúc tác Lớp khuếch (A) tán khí Màng (B) Xi gắn vật liệu Hình II.b Cấu tạo MEA Các loại MEA thực Hoa Kỳ Gottesfeld Zawodzinski (năm 1997) phịng thí nghiệm quốc tế Los Alamos Srinivasan (năm 1991) Trung tâm Điện hóa Ứng dụng Hydro đại học Texas A&M Cuối thập niên 1990, công ty Mỹ E-tek bắt đầu sản xuất thương mại số phiên hoàn chỉnh MEA công ty khác sử dụng chế tạo loại pin nhiên liệu khác Tấm lưỡng cực: Trong PEMFC, pin đơn cung cấp hiệu điện khoảng 0,7 V – 0,82 V điều gây khó khăn cho việc ứng dụng thực tế Người ta nghĩ đến cách ghép pin đơn lại để tăng hiệu điện cho pin tổng (Stack) Các lưỡng cực có tác dụng nối pin đơn phân phối khí nhiên liệu khắp hệ thống pin Chức lưỡng cực vận chuyển chất phản ứng, đường di chuyển electron pin đơn, mang nước khỏi pin nhiên liệu cịn có tác dụng làm mát Yêu cầu lưỡng cực dẫn điện dẫn nhiệt trơ mặt hóa học Ngồi lưỡng cực cịn hoạt động ổn định nhiệt độ cao khoảng pH thiết kế, cuối vật liệu làm lưỡng cực phải có giá hợp lý giúp tiết kiệm chi phí Các vật liệu phổ biến sử dụng lưỡng cực than chì, kim loại chẳng hạn thép không gỉ, nhôm vật liệu composite Tấm lưỡng cực graphite đáp ứng hầu yêu cầu để hiệu suất pin nhiên liệu đạt tối ưu, nhiên nhược điểm than chì q trình gia cơng tốn nhiều chi phí Tấm lưỡng cực kim loại có giá thành rẻ dễ sản xuất có điện trở cao lớp oxide tạo thành km loại lớp khuếch tán, lưỡng cực kim loại dễ bị ăn mịn mơi trường có tính ăn mịn, dẫn đến tuổi thọ ngắn Cuối lưỡng cực hỗn hợp kim loại với than chì có ưu điểm hiệu suất cao chi phí sản xuất thấp Màng điện giải: Một thành phần quan trọng pin nhiên liệu chất điện giải, cấu tạo màng điện giải PEMFC màng polyme phân anode cathode Các đặc tính mong muốn màng điện giải không cho electron di chuyển qua phải dẫn proton tốt, bền với hóa chất hoạt động ổn định, cuối chi phí sản suất thấp Một loại màng đáp ứng hầu hết yêu cầu Nafion, lý màng Nafion thông dung PEMFC Nafion sử dụng làm màng điện giải đảm bảo nhận chức trao đổi proton Nafion kết hợp sườn comonomer ether perfourinat (TFE) không phân cực nhóm tận liên kết nhóm acid sulfonic có cực, acid phân tử cố định với polymer di chuyển, proton nhóm acid tự di chuyển qua màng Nafion ngăn cách hai bề mặt phản ứng, khí hydro bi oxy hóa tạo thành proton H+ electron Các electron chuyển hướng đến anode màng nơi phản ứng với proton oxy để tạo thành nước Hình II.c: Cấu trúc màng Nafion III Phân loại Chất điện giải chủ yếu dùng pin nhiên liệu thường chất lỏng (acid, kiềm, muối, muối nóng chảy…) nhiên, chất điện giải rắn ngày phát triển mạng (polymer hữu dẫn ion, hợp chất oxit…) Việc sử dụng chất điện giải rắn pin nhiên liệu hạn chế nguy rò rỉ dung dịch điện giải, hạn chế q trình ăn mịn vỏ pin Ngồi ra, chất cịn đóng vai trị màng ngăn, ngăn cản tiếp xúc điện hai điện cực Theo cách phân loại trên, pin nhiên liệu tạm chi thành loại chính: - Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC: Polymer electrolyte membrane fuel cell) Pin nhiên liệu methanol trực tiếp (DMFC: Direct methanol fuel cell) Pin nhiên liệu kiềm (AFC: Alkeline fuel cell) Pin nhiên liệu dùng muối carbonat nóng chảy (MCFC: Molten carbonate fuel cell) Pin nhiên liệu dùng acid phostphoric (PAFC: Phosphoric acid fuel cell) Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC: Solide oxide fuel cell) 1.Pin nhiên liệu kiềm (AFC) AFC pin nhiên liệu chế tạo, nghiên cứu phát triển sớm NASA sử dụng chương trình khơng gian đội tàu thoi du thuyền Apolo Theo nghiên cứu, q trình oxi hóa môi trường kiềm tốt môi trường axit, đồng thời KOH có độ dẫn điện tốt hidroxit kiềm nên KOH chọn làm chất điện li cho pin AFC Hình III.1: Cấu tạo pin nhiên liệu kiềm Ưu điểm: Khả sử dụng chất xúc tác không chứa platin điện cực Việc thay Pt tinh khiết vật liệu biến tính, tổ hợp cho hiệu cao so với Pt tinh khiết, đồng thời giảm nhiễm độc điện cực sản phẩm trình oxi hóa Ngồi điều cịn giảm chi phí pin nhiều lần Do sử dụng mơi trường điện li kiềm nên pin bị ăn mòn, tuổi thọ kéo dài -Nhược điểm: Một yếu tố ảnh hưởng không nhỏ đến AFC trình cacbonat hóa chất điện giải dung dịch kiềm (do CO2 từ khơng khí từ sản phẩm oxi hóa nhiên liệu) 2OH- + CO2 -> CO32- + H2O Phản ứng vừa làm giảm nồng độ OH-, tạo kết tủa bề mặt hai điện cực, dẫn đến làm giảm khả hòa trộn nhiên liệu trao đổi chất xảy pin, làm giảm hiệu suất pin Nhưng vấn đề giải sử dụng màng trao đổi ion OH- (AAEMS) , giải vấn đề mát nhiên liệu, kết tủa cacbonat, đồng thời nước kiểm sốt dễ dàng 2.Pin nhiên liệu nóng chảy Carbonate (MCFC) Pin nhiên liệu nóng chảy Carbonate (MCFC) sử dụng hợp chất muối có nhiệt độ cao (như Na2CO3 MgCO3) làm chất điện giải Hiệu suất hoạt động từ 60% đến 80% nhiệt độ hoạt động khoảng 650 0C (1 200 0F) MCFC thích hợp cho công nghệ lớn nhà máy phát điện sử dụng nước để chạy turbin Các ion carbonate (CO32- ) từ chất điện phân sử dụng hầu hết phản ứng bù lại cách bơm carbon dioxide (CO2) Hình III.2: Cấu tạo pin nhiên liệu nóng chảy carbonate Ưu điểm: Nhiệt độ cao hạn chế thiệt hại "ngộ độc" CO từ pin lượng nhiệt thải tận dụng để tạo thêm điện Chất xúc tác điện cực Niken rẻ so với loại pin khác sử dụng điện cực platinum làm xúc tác Nhược điểm: Nhiệt độ cao hạn chế chất liệu độ an toàn MCFCs, nhiệt độ loại pin cao sử dụng nhà, tính bền pin khơng cao, dễ bị ăn mịn đánh thủng thành phần pin 3.Pin nhiên liệu axit photphoric (PAFC) Pin nhiên liệu axit photphoric (PAFC) sử dụng axit photphoric (H3PO4) làm chất điện giải Hiệu suất hoạt động từ 40% đến 80% nhiệt độ hoạt động từ 150 0C đến 200 0C (khoảng 300 0F đến 4000 0F) Hình III.3 Pin nhiên liệu axit photphoric Ưu điểm: Các pin axit photphoric có có công suất lên tới 200 mã lực thử nghiệm với 11 MW PAFC chịu nồng độ CO khoảng 1,5 %, giúp có nhiều lựa chọn sử dụng Nhược điểm: Tốn nhiều thời gian để hâm nóng Nó sử dụng nhiều nhiên liệu đưa vào thị trường ôtô 4.Pin nhiên liệu ơxít rắn (SOFC) Pin nhiên liệu ơxít rắn (SOFC) sử dụng hợp chất gốm cứng kim loại (như canxi zirconi) làm chất điện giải Hiệu suất khoảng 60% nhiệt độ hoạt động khoảng 1.0000C (khoảng 1800 oF) 10 Hình III.4 Pin nhiên liệu Oxit rắn Ưu điểm: Sản lượng pin lên tới 100 kW, suất tương đối cao Có thể sử dụng nước với sức ép cao nạp turbin sản xuất thêm điện SOFC không bị nhiễm độc CO không sử dụng chất xúc tác Pt Ở nhiệt độ cao trình tách hidro khỏi nhiên liệu xảy dễ dàng Loại pin nhiên liệu thích hợp cho cơng nghệ lớn nhà máy phát điện Nhược điểm: Việc thiết kế khác phức tạp, yêu cầu bão dưỡng nhiều hơn, hoạt động nhiệt độ cao nên độ tin cậy suốt q trình khơng đảm bảo Vì lisdo an tồn nên hơng đưa vào thị trường Pin nhiên liệu trao đổi proton qua màng lọc ( PEMFC ) 11 PEMFC sử dụng màng polymer rắn làm chất điện giải nên giảm ăn mòn dễ bảo dưỡng Nhiệt độ hoạt động 500C- 800C Loại pin sản xuất nhiều để sử dụng cho phương tiện vận tải cơng suất lớn, nhiệt độ vận hành thấp ổn định Tuy nhiên, sản phẩm tham gia phản ứng phải có độ tinh khiết cao Hình III.5: Cấu tạo pin PEMFC Ưu điểm: Thiết kế nhỏ gọn, khơng gây ồn, linh hoạt, có hiệu suất chuyển hóa lượng cao (có thể lên tới 60 %), mật độ lượng điện lớn, thời gian khởi động nhanh, làm việc nhiệt độ không cao (< 800C), sử dụng nguồn lượng nên không tạo chất thải cho môi trường Nhược điểm: Ở nhiệt độ thấp cần phải đưa chất xúc tác vào hoạt động trường có tính ăn mịn cao nên chất xúc tác phải làm kim loại quý platin hợp kim plantin Sản phẩm tham gia phản ứng phải có độ tinh khiết cao Pin nhiên liệu methanol ( DMFC) DMFCs thiết bị điện hóa, chuyển trực tiếp lượng hóa học (ở lượng hóa học Methanol) Đây dạng pin áp dụng cho thiết bị điện tử, thiết bị cầm tay, trạm phát điện loại nhỏ Nhược điểm: Cấu trúc phức tạp, thời gian đáp ứng tải chậm 12 Hình III.6: Cấu tạo pin DMFC IV/ Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu: Có nhiều loại pin nhiên liệu loại có kiểu vận hành khác tùy thuộc vào loại nhiên liệu chất điện giải sử dụng pin Tuy nhiên, trình hoạt động pin thường tuân theo nguyên tắc sau: Nhiên liệu vào ngăn anod bị oxy hóa, hình thành ion H+ electron Các electron mang điện tích âm khơng qua màng Nafion nên di chuyển trực tiếp từ anod sang catod mà phải vòng qua mạch điện cực bên ngồi, tạo dịng điện chiều Trong đó, khí oxy cung cấp đến catod pin nhiên liệu Cuối ion H+ kết hợp với electron phân tử oxy tạo thành nước Pin nhiên liệu hoạt động liên tục hệ ln có mặt chất phản ứng chất oxy hóa cần thiết Ví dụ cụ thể pin nhiên liệu màng trao đổi proton loại pin sử dụng nhiên liệu H2 tác nhân oxi hóa O2 để tạo dòng điện Do nhiên liệu dạng khí, hệ thống PEMFC cịn trang bị thêm lớp khuếch tán khí Trong PEMFC, phản ứng điện hóa xảy bề mặt xúc tác nằm chất điện giải màng ngăn Dịng khí H2 đưa vào cực âm (anod), gặp lớp xúc tác, lúc liên kết phân tử H2 bị “bẻ gãy” tạo thành proton H+ electron Nhờ có tác dụng màng ngăn, có proton qua màng electron vịng qua mạch điện cực bên ngồi, tạo dịng điện pin nhiên liệu Khí O2 cung cấp vào bên cực dương (catod) pin nhiên liệu với electron, gặp lớp xúc tác, O2 bị khử kết hợp với proton electron hình thành H2O Pin hoạt động nhờ hai phản ứng điện cực sau: 13 Anod: H2  2H+ 2eCatod: O2 + 4H+ + 4e-  2H2O Hình IV.1: Cấu tạo pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) Hiện nay, PEMFC hướng phát triển mạnh mẽ ứng dụng nhiều phương tiện giao thơng vận tải, ngành sản xuất tơ Ngồi ra, pin nhiên liệu sử dụng thiết bị di động nhỏ gọn, Đồng thời, PEMFC đánh giá nguồn lượng tiềm thay cho nguồn điện sử dụng khí H2 O2 làm nguồn nhiên liệu chính, khơng gây ô nhiễm môi trường sản phẩm tạo nước, sản phẩm thân thiện với môi trường Do đó, loại pin nghiên cứu rộng rãi ngày ứng dụng thị trường lượng V Ứng dụng pin nhiên liệu Pin nhiên liệu nhẹ hiệu ắc quy đồng thời đáng tin cạy tiếng ồn động Deisel Những điều giải thích giới quân ngành du hành vũ trụ quan tâm đến công nghệ sớm Một số tàu thuyền biển dùng pin nhiên liệu Pin nhiên liệu sử dụng cho ứng dụng dân xuất phát từ nhận thức trữ lượng dầu mỏ Trái Đất có hạn, mong muốn tiếp tục kinh doanh xe sau thời kì dầu mỏ vốn mạng nhiều lợi nhuận Từ 20 năm nhiều hãng sản xuất xe (Daimler Chrysler, Ford, Honda, Opel) nghiên cứu xe có nhiên liệu hydro, sử dụng pin nhiên liệu để chuyển hóa lượng dùng động điện để vận hành Kỹ thuật phát triển cho xe buýt, xe du lịch, xe tải nhẹ Ở Hamburg (Đức) Stuttgart( Đức) người ta thử nghiệm chạy xe buýt sử dụng pin nhiên liệu hydro tuyến đường xe buýt bình thường Từ 2003 14 hai hãng tàu Đức cung cấp loại tàu ngầm vận hành điện cung cấp từ hà máy phát điện Diesel từ hệ thống nhiên liệu hydro Ứng dụng trạm phát lượng pin nhiên liệu bao gồm: trạm phát điện, thiết bị nhiệt điện kết hợp, lưu điện trữ Một số vật dụng cầm tay điện thoại di dộng, máy tinh xách tay, máy quay phim, thiết bị quân tiến tới sử dụng nguồn lượng Bảng V.1: Ứng dụng pin nhiên liệu chia làm loại Ứng dụng Định nghĩa Cơng suất Loại pin Di dộng FC thiết kế để dễ dàng di chuyển bao gồn nguồn lượng phụ trợ 5W đến 20W PEMFC,DMFC Cố định Vận chuyển Trạm FC cung cấp FC cung cấp điện ( nguồn dẫn động nhiêt) cho phương tiện giao thông 0,5kW đến 400kW 1kW đến 100kW MCFC, PEMFC, DMFC PMFC,PAFC,SOFC Ứng dụng cố định Pin nhiên liệu sử dụng nguồn lượng Nó sử dụng để cung cấp lượng cho nhà máy không kết nối với lưới điện để cung cấp lượng bổ sung Pin nhiên liệu sử dụng máy phát điện dự phòng, cung cấp lượng lưới điện bị sập Ngoài ra, pin nhiên liệu kết hợp với pin quang điện, tụ điện tua bin gió… để cung cấp lượng sơ cấp thứ cấp Nhiều nhà sản xuất bắt đầu trình làng nhà máy điện sử dụng pin nhiên liệu vào năm 1990 Pin nhiên liệu cố định sử dụng nhiên liệu khí tự nhiên Các loại nhiên liệu phổ biến khác propan, hydro nén, khí sinh học, methanol Loại pin nhiên liệu cố định phổ biến pin nhiên liệu màng trao đổi Proton (PEMFC) Tuy nhiên pin nhiên liệu ơxit rắn (SOFC), pin nhiên liệu nóng chảy (MCFC), pin nhiên liệu kiềm (AFC) sử dụng Hoa Kỳ, Đức Nhật Bản với số lượng lớn trạm lượng pin nhiên liệu cố định Ứng dụng di động Pin nhiên liệu cung cấp lượng cho hầu hết thiết bị cầm tay thiết bị sử dụng pin Không giống loại pin thông thường, cuối chết, 15 pin nhiên liệu cung cấp lượng liên tục miễn đảm bảo nhiên liệu Pin nhiên liệu cung cấp lượng cho máy tính xách tay, điện thoại di động, máy quay video máy trợ thính VD: Toshiba chế tạo pin nhiên liệu Dynario với hiệu suất lượng pin tăng thời lượng sử dụng cho điện thoại, máy nghe nhạc…lên gấp lần Hình V.2: Pin nhiên liệu Dynario Ứng dụng vận chuyển Pin nhiên liệu với ưu điểm không gây tiếng động hoạt động mà động diesel khơng có nên giới qn đội xem xét ứng dụng pin nhiên liệu lên phương tiện Hình V.3: Xe off-road sử dụng pin nhiên liệu Mỹ Pin nhiên liệu sử dụng để cung cấp lượng cho động xe buýt, xe ô tô số xe đa dụng Phần lớn pin nhiên liệu sử dụng oxy từ khơng khí hydro nén; Do đó, xe phát nước nhiệt sản phẩm 16 phụ Lý để phát triển công nghê pin nhiên liệu cho xe buýt, xe ô tô xe đa dụng hiệu chúng, lượng khí thải thấp khơng Xe buýt: Xe buýt chạy pin nhiên liệu có lợi xe bt diesel chúng khơng có khí thải Điều quan trọng thành phố đông dân ô nhiễm Xe buýt chạy pin nhiên liệu chạy British Columbia, California, Amsterdam, Barcelona, Hamburg, London, Luxembourg, Madrid, Porto, Reykjavik, Stockholm, Tokyo, Hàn Quốc… Hình V.4:Xe buýt Sora chạy pin nhiên liệu Tokyo Nhật Bản Ơ tơ: Lý để phát triển công nghệ pin nhiên liệu ô tô lượng khí thải thấp khơng sản xuất nhiên liệu từ nguồn địa phương thay nguồn nhập Hầu hết nhà sản xuất ô tô phát triển xe sử dụng pin nhiên liệu vài thập kỷ trình diễn xe ngun mẫu Các cơng ty tơ trình diễn ngun mẫu xe chạy pin nhiên liệu vào cuối năm 1990 Từ năm 2008 đến 2014, 20 loại ô tô chạy pin nhiên liệu phát hành với số lượng nhỏ, bao gồm Honda FCX Clarity, GM Hydrogen4, F-Cell Mercedes-Benz Tuy nhiên xe phát hành California, New York, Nhật Bản Châu Âu Mặc dù nỗ lực đáng kể dành cho pin nhiên liệu tơ cịn thách thức lớn cần giải trước ô tô chạy nhiên liệu sản xuất hàng loạt Một số thách thức bao gồm:  Các kỹ thuật mới, phương pháp chế tạo hàng loạt vật liệu cần tạo để giảm chi phí sản xuất pin nhiên liệu  Kích thước trọng lượng bình nhiên liệu  Thiếu sở hạ tầng hydro đầy đủ Trở ngại lớn việc giới thiệu phương tiện pin nhiên liệu thiếu sở hạ tầng hydro Việc thiết lập sở hạ tầng nhiên liệu vô tốn Tuy 17 nhiên, có 150 trạm tiếp nhiên liệu hydro toàn giới, Nhật Bản dẫn đầu giới với số lượng trạm khí hydro với 100, Hoa Kỳ với 44 trạm.[5] Quốc gia Hoa Kỳ Canada Nhật Bản Nam Triều Tiên Đan Mạch Phần Lan Đức Iceland Ý Hà Lan Na Uy Thổ Nhỹ Kỳ Vương quốc Anh Số lượng trạm 44 100 11 15 1 1 Bảng V.2: Các trạm nạp khí hydro tồn giới Một số mẫu xe tô sử dụng pin nhiên liệu: a b c 18 Hình V.5: a) Xe Honda FCX b) Xe Mercedes-Benz GLC F-Cell c) Xe GM Hydrogen4 Ngoài pin nhiên liệu ứng dụng trong:      Xe nâng xe xử lý hàng hóa khác xe tải hành lý sân bay, vv Xe hai bánh ba bánh xe tay ga Xe lửa xe điện Phà thuyền Máy bay không người lái phương tiện không người lái [4] Theo thông tin nay, giải thưởng Nobel hóa học 2019 thưởng cho phát triển pin lithium-ion John B Goodenough, Đại học M Stanley Whmitham Binghamton, Tập đoàn Akira Yoshino Nhật Bản Đặc điểm loại pin nhẹ, mạnh sạc lại sử dụng thứ, từ điện thoại di động đến máy tính xách tay xe điện Nó lưu trữ lượng lượng đáng kể từ lượng mặt trời lượng gió, tạo nên xã hội khơng có nhiên liệu hóa thạch Pin lithium-ion sử dụng tồn cầu để cung cấp lượng cho thiết bị điện tử cầm tay mà sử dụng để liên lạc, làm việc, học tập, nghe nhạc tìm kiếm kiến thức Pin lithiumion cho phép phát triển ô tô điện tầm xa lưu trữ lượng từ nguồn tái tạo, chẳng hạn lượng mặt trời gió.[6] Trên giới có nhóm nước, vùng lãnh thổ dẫn đầu pin lithium-ion Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, tiếp Đài Loan, Trung Quốc Ở Việt Nam, có số doanh nghiệp start-up sản xuất pin lithium-ion sở nhập lõi pin từ nước về, lắp ráp thành phẩm Trong nước chưa có doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất pin lithiumion trọn vẹn từ sản xuất hóa chất sản phẩm pin cuối Về tình hình nghiên cứu, TP.HCM khoảng 10 năm qua, Phịng thí nghiệm hóa lý ứng dụng ĐH Quốc gia TP.HCM triển khai nhiều dự án nghiên cứu ứng dụng pin lithium-ion.[7] 19 Kết luận Với nguyên lý, ứng dụng tìm hiểu pin nhiên liệu cho thấy nguồn lượng thay cho nguồn lượng khí đốt khác, giải vấn đề ô nhiễm môi trường gây nhức nhối Khơng vậy, pin nhiên liệu cịn đảm bảo cung cấp lượng liên tục miễn đủ nguồn nhiên liệu, không gây tiếng ồn, không tốn thời gian sạc loại pin thơng thường khác Do đó, pin nhiên liệu ứng dụng vào nhiều lĩnh vực đời sống Có nhiều nghiên cứu, phát minh sử dụng pin nhiên liệu vào sống xe buýt, xe ô tô chạy pin nhiên liệu; cung cấp lượng cho máy trợ thính, máy nghe nhạc,… Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu để vận hành chưa có sở hạ tầng đáp ứng đủ, kích thước lớn chi phí sản xuất cịn cao nên pin nhiên liệu chưa ứng dụng rộng rãi 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO: “Pin Nhiên Liệu.” Wikipedia, Wikimedia Foundation, vi.wikipedia.org/wiki/Pin_nhi%C3%AAn_li%E1%BB%87u 24 Oct 2019, “Introduction to Fuel Cell Applications.” Fuel Cell Store, www.fuelcellstore.com/blogsection/blogcat67/intro-fuel-cell-applications “Fuel Cell.” Fuel Cell an Overview | ScienceDirect www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/fuel-cell Topics, [3]http://cesti.gov.vn/UPLOADS/XUHUONGCONGNGHE/OVERVIEW/20170726032 6499628Tong%20quan%20pin%20nhien%20lieu.pdf “Fuel Cell Buses, Utility Vehicles and Scooters.” Fuel Cell Store, www.fuelcellstore.com/blog-section/blogcat67/fuel-cell-buses-utility-vehicles-scooters “Fuel Cell Vehicles - Automobiles.” Fuel Cell Store, www.fuelcellstore.com/blogsection/fuel-cell-vehicles-automobiles [6] Davis, Nicola, and Hannah Devlin “Nobel Prize in Chemistry Awarded for Work on Lithium-Ion Batteries.” The Guardian, Guardian News and Media, Oct 2019, www.theguardian.com/science/2019/oct/09/nobel-prize-in-chemistry-awarded-for-workon-lithium-ion-batteries [7] Baotuoitre “Nobel Hóa Học: Pin Sạc Lithium-Ion Đưa Thế Giới Tiếp Cận Cách Mạng Công Nghệ Mới.” TUOI TRE ONLINE, 10 Oct 2019, tuoitre.vn/nobel-hoa-hocpin-sac-lithium-ion-dua-the-gioi-tiep-can-cach-mang-cong-nghe-moi20191010095313374.htm 21 ... Thì pin nhiên liệu- chính nguồn lượng sạch, sử dụng rộng rãi lai Cùng với tìm tịi tư liệu, thơng tin pin nhiên liệu suốt 10 tuần vừa qua, nhóm 11 mơn giới thiệu ngành Hố học có kiến thức pin nhiên. .. thiệu pin nhiên liệu Khái niệm pin nhiên liệu Pin nhiên liệu ( -fuel cells- ) thiết bị điện hóa cho phép chuyển hóa trực tiếp lượng phản ứng hóa học thành lượng điện Có nhiều loại pin nhiên liệu, ... sử dụng pin nhiên liệu vào năm 19 90 Pin nhiên liệu cố định sử dụng nhiên liệu khí tự nhiên Các loại nhiên liệu phổ biến khác propan, hydro nén, khí sinh học, methanol Loại pin nhiên liệu cố định