IV. Pin nhiên liệu và ăcquy nhiệt độ cao 1 Đại c−ơng [1], [6a-e], [8]
2.4.Pin nhiên liệu muối cacbonat nóng chảy MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells)
2. Phân loại pin nhiên liệu
2.4.Pin nhiên liệu muối cacbonat nóng chảy MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells)
Pin nhiên liệu MCFC là một thiết kế kiểu nhiệt độ cao. Các pin nhiên liệu nhiệt độ thấp đã nói tr−ớc đây gặp khó khăn rất lớn đối với vấn đề xúc tác điện cực. Để tăng mật độ dòng làm việc gần với giá trị lý thuyết (mật độ dòng trao đổi io) cũng nh− giảm quá thế tiêu tốn đến mức thấp nhất, thì việc sử dụng kim loại quý nh− Pt làm vật liệu xúc tác là không thể tránh khỏi. Song với hàm l−ợng Pt sử dụng ở mức nhiều mg/cm2, làm cho giá thành chế tạo điện cực chiếm một tỷ phần đáng kể khiến hạn chế khả năng th−ơng mại hoá các pin nhiên liệu trong hai thập kỷ vừa qua. Chính vì vậy, việc nâng nhiệt độ làm việc nhằm mục tiêu vẫn đạt đ−ợc các thông số kỹ thuật của nguồn điện mà không phải dùng kim loại xúc tác quý hiếm.
Nh− tên gọi của pin MCFC, môi tr−ờng điện ly là muối cacbonat kiềm + LiAlO2 ở nhiệt độ nóng chảy ∼ 650oC với cấu tạo của pin:
H2 ⏐ Cacbonat nóng chảy ⏐ O2 để thực hiện phản ứng cơ bản:
2 H2 + O2 ⎯ι⎯ →650⎯°C 2 H
2O (IV.7)
Nhiên liệu vào khoang anot là H2 + CO đ−ợc điều chế từ phản ứng refocming đi từ hỗn hợp khí CH4 + H2O: CH4 + H2O 3 H Ni tác xúc C 650⎯ ⎯ → ⎯ι ° 2 + CO (IV.8)
Không khí đ−ợc dẫn vào khoang catot để cung cấp O2 mà không cần phải loại bỏ CO2, ng−ợc lại khí CO2 luôn luôn đ−ợc quay vòng để bổ xung cho môi tr−ờng điện ly giữ cho thành phần cacbonat kiềm không đổi. Độ chuyển hóa của methan càng tăng khi nhiên liệu H2 + CO đ−ợc tiêu thụ ở khoang anot càng mạnh.
Ưu điểm của pin MCFC là vật liệu điện cực anot và catot chỉ là Ni xốp. Lá cách giữa bề mặt điện cực và điện ly cacbonat nóng chảy là gốm LiAlO2 xốp, cho phép ion CO32- vận chuyển qua màng gốm để tham gia phản ứng:
ở anot: H2 + CO32-→ H2O + CO2 + 2e- IV.7a) và ở catot 1/2O2 + CO2 + 2e-→ CO32- (IV.7b) Phản ứng tổng quát nh− đã trình bày (IV.7)
Hiệu suất chuyển hóa hơn hẳn pin PEMFC và PAFC và có thể tận dụng nhiệt thải cho công nghệ đồng phát (cogeneration).
Hình IV.2: Mô hình pin nhiên liệu MCFC refoming