Pin nhiên liệu micro (micro fuel cell), hay cịn gọi là pin nhiên liệu mini, là những pin nhiên liệu ứng dụng cơng nghệ MEMS trong việc thu nhỏ kích thước của
44
pin nhằm đáp ứng nhu cầu về một nguồn điện di động, nhỏ gọn, hiệu suất cao, dễ vận chuyển, cĩ thể nạp hay tái sử dụng dễ dàng và thân thiện với mơi trường.
Trong nhiều dạng pin nhiên liệu thì hai loại là pin DMFC và pin PEMFC là cĩ thể ứng dụng trong việc chế tạo pin nhiên liệu micro do khả năng linh động, kích thước đơn giản, nhỏ gọn và hiệu suất cao.
Bắt đầu vào cuối những năm 1990, cùng với sự hồn thiện của cơng nghệ MEMS, nhiều nghiên cứu tập trung vào việc thu nhỏ pin hoặc chế tạo pin µFC với kích cỡ vài trăm µm đến vài cm. Với kích thước như vậy đã hình thành những hệ pin nhiên liệu nhỏ gọn, hiệu suất cao làm nguồn điện di động trong các thiết bịđiện tử như điện thoại di động, máy tính xách tay, thiết bị cầm tay, máy quay video, các vi cảm biến và các linh kiện vi cơ điện tử MEMS.
Dựa vào mơ hình cấu trúc của pin PEMFC và pin DMFC (hình 2.10), cơng nghệ MEMS cĩ thể áp dụng với các thành phần sau:
¾ Lớp đệm điện cực, nơi vận chuyển, phân phối và tồn trữ nhiên liệu đến vùng xúc tác.
¾ Lớp điện cực xúc tác (anode và cathode), nơi xảy ra các phản ứng điện hĩa.
¾ Màng điện phân trao đổi proton.
¾ Các thành phần phụ khác như: hệ thống điều chỉnh dịng chảy nhiên liệu (van, bơm, các kênh dẫn,…); hệ thống thốt, loại bỏ sản phẩm phụ, nhiệt lượng; thành phần truyền dẫn điện với mạch ngồi; các thành phần bảo vệ, đĩng gĩi (packaging). [49]
Tải
Nhiên liệu Chất oxy hĩa
Khí/Chất lỏng Khí/Chất lỏng Lớp đệm Cực dương Lớp đệm Cực âm Chất điện phân
Hình 2.10 : Các thành phần cơ bản trong pin PEM và pin DMFC [36]
Những ưu điểm và trở ngại khi thu nhỏ pin nhiên liệu về kích thước micro-nano:
• Hiệu ứng bề mặt gia tăng khi kích thước giảm, từ đĩ tăng cường các đặc tính của pin nhiên liệu nhưđiều kiện phản ứng, tốc độ hoạt hĩa nâng cao.
• Với hệ thống truyền dẫn, phân bố năng lượng ở kích thước giọt dung dịch giúp tăng cường phân bố nhiên liệu và chất oxy hĩa đến vùng phản ứng.
• Do các hiệu ứng về độ dẫn của dung dịch với dịng chảy siêu nhỏ đã gĩp phần ngăn cản sự khuyếch tán nhiên liệu đến màng PEM, tăng hiệu suất và mật độ năng lượng.
• Tuy nhiên, do điều kiện phản ứng khử được nâng cao nên quá trình hình thành nước diễn ra nhanh hơn và cĩ thể tràn ngập các điện cực.