− + + + → +H O CO H e OH CH3 2 2 6 6 Sự khử oxy
Phản ứng khử oxy cĩ nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào độ tinh khiết của khí oxy và chất xúc tác sử dụng. Đối với xúc tác kim loại Pt thì sự khử oxy cĩ thể được diễn giải theo một trong hai quá trình tổng quát là quá trình khử bốn electron trực tiếp và quá trình khử hai electron gián tiếp. Cả hai quá trình này đều cĩ thể giải thích mối quan hệ giữa sự hấp phụ khí oxy trên bề mặt xúc tác kim loại với số electron di chuyển đến cathode. Các phương trình khử oxy như sau:
Với hai electron, O2 +2e− +2H+ →H2O2 (2.11)
Với bốn electron, O2 +4e− +4H+ →2H2O (2.12)
2.1.5 - Ưu, nhược điểm của pin nhiên liệu
Những ưu điểm chính của pin nhiên liệu
¾ Hiệu suất cao : pin nhiên liệu cĩ hiệu suất lớn hơn nhiều so với các động cơđốt trong. Chúng cĩ khả năng cung cấp hiệu suất điện năng tăng từ 40% đến 70% nhiên liệu, ngồi ra cĩ thể hơn 85% khi tận dụng cảđiện và nhiệt.
¾ Tính đơn giản : các loại pin nhiên liệu cĩ cấu tạo rất đơn giản, dễ lắp rắp và vận chuyển.
¾ Độ tin cậy cao :các pin nhiên liệu khơng cần động cơ quay hay các bộ phận cơ học chuyển động nên cĩ tuổi thọ và độ tin cậy cao hơn các động cơ thơng thường.
¾ Chất thải độc hại thấp : pin nhiên liệu sử dụng trực tiếp hydro và khơng khí để hoạt động và sản phẩm của phản ứng là nước hoặc dioxide carbon (nếu sử dụng nhiên liệu hĩa thạch). Pin nhiên liệu giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ, giảm lượng CO2, một trong các khí gây ra hiệu ứng nhà kính, các oxide của lưu huỳnh và nitơ là các khí gây ơ nhiễm mơi trường.
¾ Tính yên lặng : pin nhiên liệu hoạt động khơng phát sinh tiếng ồn, hồn tồn yên lặng trong quá trình vận hành.
¾ Tính linh động : cĩ thểđiều chỉnh dễ dàng tùy thuộc vào cơng suất yêu cầu sử dụng. Ngồi ra, nhiệt độ vận hành khác nhau của pin nhiên liệu cho phép khả năng tích hợp chung với turbine hay những động cơ hơi nước, pin nhiên liệu nhiệt độ cao.
¾ Thời gian khởi động ngắn : pin nhiên liệu hoạt động ngay khi ta tiếp nhiên liệu vào bình chứa nhiên liệu.
Nhược điểm của pin nhiên liệu
• Giá thành : Nhược điểm đáng kể nhất của pin nhiên liệu là về vấn đề giá thành cịn rất cao và khả năng cung cấp nhiên liệu hạn chế. So với động cơ đốt trong thì pin nhiên liệu cĩ giá thành cao gấp nhiều lần do chất điện phân và các điện cực xúc tác làm từ kim loại hiếm, cĩ giá cả rất đắt.
• Kích thước : Pin nhiên liệu cĩ thể tích khá cồng kềnh do cần phải cĩ nguồn cung cấp nhiên liệu; hệ thống dẫn, thốt nhiên liệu, chất oxy hĩa; bộ phận bảo vệ và tồn trữ nhiên liệu.
• Nhiên liệu : Bên cạnh đĩ, vấn đề tồn trữ, vận chuyển, phân phối và cung cấp nhiên liệu cho hoạt động của pin nhiên liệu cịn gặp khĩ khăn về kỹ thuật và độ an tồn.
Trong những năm gần đây, nhiều hướng nghiên cứu tập trung vào việc nâng cao cơng suất của pin nhiên liệu, tìm kiếm vật liệu thay thế điện cực xúc tác, tối ưu hĩa
28
hoạt động của màng trao đổi ion nhằm giảm giá thành và thương mại hĩa sản phẩm pin nhiên liệu ngày càng đa dạng và phong phú hơn.