Sự tinh khiết của phản ứng

4.6 Chi phí chế tạo và độ bền sử dụng của pin nhiên liệu

4.6.2.1 Sự tinh khiết của phản ứng

V EVa R c (4.21) Nh v y, hi u su t c a pin nhiên li uđ c tính: E V V   (4.22)

Tùy theo từng loại pin nhiên li u, hi u su t pin có giá tr từ 50% đ n 60%.

4.2.3 Hi u su t sử d ng:

Trong pin nhiên li u, nhiên li u th ng không hoàn toàn đ c chuyển đ i. Hi u su t sử d ng nhiên li u (nl) th ng đ c xác đ nh bằng t s giữa nhiên li u

sử d ng trong pin và l ng nhiên li uđ a vào pin.

4.2.4 Hi u su t t ng quát:

Hi u su t t ng quát c a pin nhiên li u:

tq lt.V.nl (4.23) Nh v y, hi u su t c a pin nhiên li u ph thuộc vào r t nhiều y u t nh : v t

li u và c u trúc đi n cực, v t li u ch t đi n phân, ch t xúc tác, độ tinh khi t c a

nhiên li u, nhi tđộ v n hành c a pin nhiên li u,…

Víăd ,ăxétăpinănhiênăli uădùngămƠngătraoăđ iăpolymeră(PEMFC)ăcóăhi uăsu tălý t ngălt =ă83%,ăhi uăsu tăđi năápăV =ă60%,ăhi uăsu tăsửăd ngănhiênăli uănl = 90%,ăthìăhi uăsu tăt ngăquát c a pin nhiên li u là:

tq 0,83.0,60.0,90 45% (4.24) Nh v y, có thể th y hi u su t c a pin nhiên li u cao h n so với hi u su t động c đ t trong. Hi u su t đầu ra c a động c đ t trong tính tại bánh đƠ kho ng

30% đ n 35% và cao h n đ iăvớiđộng c Diesel.

Tuy nhiên, đơy ch là giá tr hi u su t c a một pin nhiên li u. Đ i với c m pin nhiên li u trong h th ng pin nhiên li u, ng d ng cho lĩnh vực c thể thì ng i ta

còn tính đ n hi u su t cua các quá trình khác trong h th ng nh : quá trình xử lý nhiên li u, quá trình bi nđ i dòng đi n…

4.3 CÔNG SU T C A PIN NHIÊN LI U

Công su t c a pin nhiên li uăcǜng t ng tự nh công su t c a các h th ng đi n khác, đ c tính bằng đ n v W. Công su t mà pin tạo ra đ c xác đ nh là tích s giữac ngđộ dòng đi n và đi n áp hoạt động tạiđầu ra c a pin.

P = U.I (4.25) Mặt khác, công su t c a pin nhiên li u còn t l thu n với nĕng l ng phát ra (E) và đ c xác đ nh theo công th c:

P = E/t hoặcăE = P.t (4.26) - Trong công th c này, công su t c a pin thể hi n bằng đ n v W/h, là nĕng l ng sinh ra trong một đ n v th i gian t (E = P.t). Do kh i l ng và thể tích c a

pin nhiên li u là r t quan trọng, do đó một s thu t ngữ khác đ c sử d ng đ n. Công su t riêng đ c tính là t s giữa công su t pin nhiên li u sinh ra với kh i l ng c a nó; m t độ công su t là t s giữa công su t sinh ra b i t bào nhiên li u

với thể tích c a nó. Công su t riêng và m t độ công su t cao thì r t quan trọng cho các ng d ng v n t i, gi m thiểu kh i l ng và thể tích c a pin cǜng nh gi m thiểu

chi phí.

4.3.1ăNĕngălư ngăchuy nđ ic aăpinănhiênăli u:

Sự chuyển đ i nĕng l ng c a một t bào nhiên li u có thểđ c tóm t t theo ph ng trình sau:

Năng lượng hóa học của pin = Năng lượng điện + Nhiệt năng

Có thể hiểu một cách đ n gi n, với tỷ l lý t ng H2/không khí đ c nạp vào pin s cung c p 1,16 V, tại giá tr dòng đi n bằng không (điều ki n m mạch), 80 0C và 1 at. Cách t t nh t để tạo ra hi u su t chuyểnđ i cho một t bào nhiên li u là t s giữa đi n áp thực t và đi n áp cực đại lý thuy t cho ph n ng H2/không khí. Do

đó, một t bào nhiên li u hoạt động tại đi n áp 0,7 V thì tạo ra t i đa kho ng 60% nĕngl ng hữu ích có sẵn từ nhiên li u dạngđi n nĕng. N u các t bào nhiên li u

đ c tạo ra gi ng nh đi n. Nĕng l ng còn lại (40% hay 22,5%) s sinh ra nhi t.

Đ ng cong đặc tr ng cho một t bào nhiên li uđại di n cho đi n áp một chiều thì ph thuộc đầu ra c a t bào nhiên li u, t ng tự nh sự hoạtđộng c a m t độ dòng

đi n trong pin.

Hình 4.2. Đường cong điện áp của pin phụ thuộc vào mật độ dòng

*Thíăd : gi ăsửămộtăt măpinănhiênăli uă100ăcm2 đangăhoạtăđộng trongăđiềuă ki n 1at,ănhi tăđộă80 0C,ătạiăđi năápă0,7 VăvƠătạoăraăm tăđộădòngălƠă0,6ăA/cm2, dòng

đi năt ngăcộngălƠă60ăA.ăNhi tăphátăraăc aăt măpinănhiênăli uăđ cătínhănh ăsauμ

Pnhi t = Pt ngăậ Pdòng đi n (4.27) = (Vlý t ng x Ipin) ậ (Vpin x Ipin)

= (1,16 V ậ 0,7 V) x 60 A = 1650 J/min

T ăbƠoănhiênăli uănƠyăs ătạoăraăkho ngă1,7ăkJănhi tăd ăsauăm iăph́tăhoạtăđộng,ă

trong khi m iăph́tnĕngăl ngăđi nănĕngătạoăraălƠă2,5 kJ.

4.3.2 Dòngăđi nădoăpinănhiênăli uăphóng ra:

Vềănguyênălýăhoạtăđộngăc aăpinănhiênăli u nh ătrìnhăbƠyă ăphầnăđầuăch ng,ă khiănhữngănguyênătửăhydroăvƠoăpinănhiênăli u,ph nă ngăhóaăhọcăx yăraă ăcựcăanodeă s ăl yăđiăcácăelectronăc aăch́ng.ăNhữngănguyênătửăhydroănƠyăs ăb ăionăhóaăvƠămangă đi nătíchăd ng,ăelectronămangădi nătíchăơmăs ăchạyăquaădơy d nătạoăraădòngăđi nă mộtăchiều.ăDoăđó,ăph nă ngăhóaăhọcăx yăraătrongăpină nhăh ngălớnăđ nădòngăđi nă

mà pin phóng ra.ăXétăph nă ngăhóaăhọcăt ng quátăx yăraăkhiăpinănhiênăli uăphátăsinhă raădòngăđi n.

xAAxBBxCCxDD (4.28)

Trongăđóμ A ậ nhiênăli uăđầuăvƠo. B ậ ch tăoxyăhóa.

C, D ậ cácăs năphẩmătạoăthƠnhăsauăph nă ng.

xA, xB, xC, xDậ cácăh ăs ăcơnăbằngăc aăph ngătrình.

- L uăl ngănhiênăli uăđầuăvƠoăc aăpin nhiênăli uđ cătínhătheoăcôngăth cμ