Trong xu hướng cải tiến phương thức sử dụng nhiờn liệu phổ biến hiện nay là thay vỡ phải đốt chỏy nhiờn liệu trong cỏc động cơ đốt trong để chuyển thành nhiệt năng trước khi biến thành cỏc dạng năng lượng khỏc (cơ, điện...) với hiệu suất thấp (< 30%), người ta dẫn nhiờn liệu vào cỏc tế bào điện húa để thực hiện phản ứng oxi húa khử biến trực tiếp húa năng thành điện năng.
Nhiờn liệu lý tưởng của thế kỷ 21 sẽ là hydro và kế đú là cỏc cacbua hydro cú hoạt tớnh điện cực.
í tưởng chế tạo loại pin nhiờn liệu cú từ 1839 do W. Grove đề xuất nhằm biến trực tiếp biến húa năng thành điện năng trờn cơ sở phản ứng:
H2 + 1/2 O2 = H2O+ năng lượng điện
Hỡnh III.3 giới thiệu nguyờn lý và cấu tạo của pin nhiờn liệu: nhiờn liệu H2 và O2 là tỏc nhõn hoạt động điện cực được bơm vào hệ điện cực. Vật liệu điện cực (C) ở dạng xốp, cú bề mặt phỏt triển và hoạt tớnh xỳc tỏc cao. Mụi trường điện ly là dung dịch KOH (cỏc thế hệ pin nhiờn liệu sau này sử dụng cả chất điện ly dạng muối núng chảy hoặc điện ly rắn). Phản ứng trong lỗ xốp là: H2 + 2 OH– —→ 2 H2O + 2 e– 1/2 O2 + H2O + 2 e– —→ 2 OH– Tổng quỏt: H 2 + 1/2 O2 —→ H2O (III.5) Kiểu tớch trữ và chuyển húa năng lượng dạng pin nhiờn liệu cú tiện lợi ở chỗ tế bào điện húa chủ yếu chỉ cũn là nơi chuyển húa năng lượng.
“Nhiờn liệu” được tớch trữ riờng ở dạng khớ nộn hoặc húa lỏng trong cỏc bỡnh nhiờn liệu tựy thuộc khả năng chiếm chỗ cho phộp. Pin mặt trời và pin nhiờn liệu là 2 nguồn điện quan trọng của cỏc con tầu vũ trụ. Pin mặt trời cung cấp điện năng cụng tỏc và sinh hoạt trờn tầu vũ trụ trong nửa chu kỳ chiếu sỏng của mặt trời; một phần điện năng được dựng điện phõn H2O để tạo ra nhiờn liệu H2 và O2 để tớch trữ. Trỏi lại pin nhiờn liệu cung cấp điện năng đó tớch trữ được ở dạng nhiờn liệu H2 và O2 để phục vụ hoạt
động của con tầu ở nửa chu kỳ tối, đồng thời cung cấp H2O sinh hoạt (như
là sản phẩm phụ) cho phi hành đoàn.
Pin nhiờn liệu chắc chắn sẽ là một nguồn điện quan trọng của thế kỷ 21 vỡ ngoài tớnh ưu việt về thụng số kỹ thuật cũn là một nguồn điện hoạt động sạch mụi trường. Pin nhiờn liệu sẽ được trỡnh bầy kỹ ở phần nguồn điện húa học mới của chương này (phần III.3).
Hỡnh III.3. Pin nhiờn liệu oxi - hydro