NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU doc

NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
1
L
ỜI NÓI ĐẦU
Hi
ện nay, tất cả các nước trên thế giới, từ các nước tiên tiến đến các nước
đang phát tri
ển và chậm phát triển đang rất quan tâm đến vấn đề ô nhiễm không khí
và s
ự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống.Tình hình nguồn nhiên liệu dầu mỏ
hi
ện
nay không
ổn định, giá dầu thường thay đổi lớn theo những b
i
ến động chính trị,
khó d
ự báo. K
hí th
ải của động cơ đốt trong chính là các tác nhân chủ yếu gây nên ô
nhi
ễm không khí.
Các tác h
ại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong có thể
làm cho cơ th
ể bị thiếu Oxy, nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn, gây viêm, ho, khó thở
và làm h
ủy hoại các tế bào cơ quan hô hấp, gây ra căn bệnh ung thư máu, gây rối
lo

ạn hệ thần kinh, gây ra các bệnh về gan và làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ….
Ngoài ra khí thải động c
ơ c
òn làm thay đổi nhiệt độ khí quyển và ảnh hưởng đến
môi trư
ờng sinh thái.
Hi
ện nay giải pháp xử lý ô nhiễm môi tr
ường có hai cách: Xử lý ô nhiễm
v
ới các động c
ơ đang sử dụng và tìm kiếm sử dụng các nguồn năng lượng sạch
.
Trong đó có năng lư
ợn
g đi
ện v
à sử dụng pin nhiên liệu cho vận hành ô tô , làm giảm
khí th
ải của động c
ơ đốt trong , giảm gây ô
nhi
ểm môi tr
ường
và gi
ảm
gây tác h
ại
đến sức khoẻ con người.
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ơ

NSVTH : NHĨM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
2
L
ỜI CẢM
ƠN
Chân thành cảm ơn Thầy VÕ
ĐẮC THỊNH đã
tận tâm giảng dạy , chỉ bảo
và giới thiệu nhiều tài liệu về môn học Ơ TƠ SỬ DỤNG NĂNG L
ƯỢNG MỚI
.
Trong thời gian học tập thực hiện các tiểu luận , Chúng em đã đúc k
ết
được
nhiều kinh nghiệm và kiến thức bổ ích. Việc thu thập các bài viết trong sách , trên
m
ạng hay các
tiểu luận giúp cho Chúng em có điều kiện tiếp xúc với những
phương pháp hay những cơng nghệ tiên tiến , trong vi
ệc sử dụng năng l
ượng mới
cho nghành cơng nghi
ệp ơtơ
, đ
ảm bảo khơng gây ơ nhiểm cho mơi trường , tiệ
n ích
cho cuộc sống. Nhờ đó làm nâng cao hơn nữa kiến thức và khả năng chuyên môn
cho bản thân .
Với khả năng ban đầu này Chúng em hy vọng sẽ ứng dụng và phát huy

được những kiến thức từ môn học vận dụng vào trong học tập tại nhà trư
ờng
và
trang bị th
êm ki
ến thức khi ra tr
ường đ
ể l
àm việ
c .
Kính chúc Thầy VÕ ĐẮC THỊNH luôn mạnh khỏe để đào tạo ra nhiều cử
nhân , hay k
ỹ sư tương lai
cho nước nhà. Chúng em chân thành c
ảm
ơn Th
ầy .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VI
ÊN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
……………………………



NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
4
TRANG M
ỤC LỤC
I. Năng lư
ợng điện v
à pin năng lượng :
trang 5-11
1. Đ
ịnh nghĩa pin
năng lư
ợng
: trang 5
2. Pin nhiên liệu ( FUEL CELL (FC) ) : trang 5

a. Sơ đồ cấu tạo pin nhi
ên liệu ( FC ) :
b. Ưu điểm và nhược điểm của FC :
c. Các hệ thống của FC :
d. Khả năng thải nhiệt và thu hồi nhiệt trong pin nhiên liệu :
e. Cấu tạo ô tô FC :
f. Sản xuất Hydro :
II. L
ịch sử phát triển của pin nhiên liệu :
trang 11
III. Đặc điểm c
ủa pin nhi
ên liệu :
trang 12-19
1. Đ
ộ tin cậ
y và hi
ệu suất cao :
2. Đ
ặc tính về môi trường và bảng so sánh với xe sử dụng nhiên liệu thường
a. Đ
ặc tính về môi tr
ường :
b. So sánh xe s
ử dụng pin nhiên liệu với các xe sử dụng nhiên liệu thường:
3. Pin nhiên li
ệu như một bộ chuyển hóa năng lượng
:
4. Ưu và như
ợc điểm của pin nhi

ên liệu :
5. Phân loại pin nhiên liệu :
6. Ti
ềm năng của pin nhiên liệu :
7. S
ử dụng cho ôtô điện:
IV. ph
ần đề nghị
trang 20
V. Danh m
ục t
ài liệu tham khảo
trang 21
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
5
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN
I.Năng lư
ợng điện và pin năng lượng
:
1. Định nghĩa pin năng lư
ợng
:
Pin nhiên li
ệu là một pin tạo ra dòng điện trực tiếp từ một phản ứng hoá học.
Gi
ống như một ắcquy, nhưng khác nhau ở chỗ là pin nhiên liệu được thiết kế sao
cho ch
ất p

h
ản ứng được cung cấp liên tục cho đến hết , nó tạo ra điện từ nguồn nhiên
li
ệu cung cấp bên ngoài và oxy ngược lại khả năng tích trữ năng lượng bên trong
gi
ới hạn của ắcquy. Hơn nữa, trong khi điện tích bên trong ắcquy phản ứng và thay
đ
ổi nh
ư là một ắcqu
y tích ho
ặc phóng điện, điện tích của pin nhi
ên liệu thì xúc tác
và tương đ
ối ổn định .
2.Pin nhiên liệu ( FUEL CELL FC )
a. Sơ đồ cấu tạo pin nhi
ên li
ệu ( FC )
:
 FC là một thiết bị dùng Hydro ( hay các nhiên liệu giàu Hydro ) và Oxy để tạo
ra điện bằng một quá trình
đi
ện hóa .
 Các loại FC : Màng ngăn chuyển đổi Proton, axitPhotphoric , Metanol trực
tiếp , kiềm , muối Cacbonate nóng chảy , oxit kim loại .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
6
Hình 5.1: Sơ đồ cấu tạo FC kiềm.

Hình 5.2: S
ơ đ
ồ FC màng ngăn chuyển đổi Proton.
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
7
 FC màng ngăn chuyển đổi Proton và axit Photphoric, các proton di chuyển
trong chất điện phân đến cực âm để kết hợp với Oxy và các electron để sinh
ra nước .
 FC kiềm , muối Cacbonat nóng chảy và Oxit kim loại các ion âm di chuyển
trong chất điện phân sang cực dương (anode) , tại đó chúng kết hợp với
Hydro để tạo thành nước và các electron .
 Lượng điện thu được từ FC phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : Loại FC , kích
cỡ pin , nhiệt độ hoạt động và áp suất không khí được cung cấp vào pin . Các
FC riêng rẽ được ghép nối tiếp với nhau tạo thành cụm FC .
b. Ưu điểm và nhược điểm của FC :
 Ưu điểm của FC :
 Hiệu suất cao .
 Dường như không có ô nhiễm môi trường .
 Động cơ điện sử dụng FC có hiệu suất cao, không có tiếng ồn, có đường đặt
tính tốt hơn so với động cơ đốt trong, ít bảo trì, bảo dưỡng, dễ sửa chữa .
 Hydro có thể được điều chế từ nước .
 So với bình
đi
ện (ắcquy) thì pin nhiên có khối lượng và thể tích nhỏ hơn .
 Nhược điểm FC :
 Chi phí đầu tư ban đầu cho ô tô FC rất cao .
 Hydro không tồn tại ở trạng thái đơn chất , điều chế, sản xuất Hydro rất khó
khăn và tốn kém đôi khi nó dẫn đến ô nhiễm môi trường .

 Yêu cầu kỹ thuật bình chứa nhiên liệu rất khắt khe .
 Cơ sở hạ tầng cho Hydro chưa có , thói quen sử dụng Hydro còn hạn chế .
c. Các hệ thống của FC :
 Bộ xử lý nhiên liệu .
 Thiết bị biến đổi năng lượng (FC hay cụm FC) .
 Máy biến đổi dòng điện .
 Hệ thống thu hồi nhiệt .
 Các hệ thống phụ để xử lý độ ẩm , nhiệt độ , áp suất khí và nước thải của FC .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
8
Hình 5.3: Sơ đồ cấu tạo hệ thống FC.
d. Khả năng thải nhiệt và thu hồi nhiệt trong pin nhiên liệu :
 Hiệu suất hệ thống FC hoạt động ở công suất cực đại là khoảng 40%. Do đó
đối với một hệ thống FC ta có sự cân bằng năng lượng giữa các phần gần đúng
như sau : Công suất / làm mát / khí thải = 40 / 50 / 10% .
 Nhiệt độ chất làm mát của FC đặc biệt thấp , khoảng 800C .
 Vấn đề đặt ra là nâng cao hiệu quả giải nhiệt và giải phàp thu hồi năng lượng
nhiệt này, nâng cao công suất mạng điện ra . Một trong các giải pháp là tăng kích
thước bộ tản nhiệt, tăng kích thước của cụm FC .
e. Cấu tạo ô tô FC :
Gồm các thành phần như sau :
 Một bộ xử lý nhiên liệu .
 Cụm FC và một máy nén khí để cung cấp Oxy nén áp suất cao đến cụm FC .
 Một hệ thống làm mát .
 Hệ thống quản lý n
ư
ớc để quản lý độ ẩm và hơi nước trong hệ thống FC .
 Bộ chuyển đổi DC / DC , DC / AC .

 Động cơ điện xoay chiều AC, bộ truyền lực .
 Bình ắcquy và một tụ điện hỗ trợ được nối chung qua hệ thống FC để cung ấp
năng lượng bổ sung và cũng dùng để khởi động .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
9
 FC không vận hành bằng Hydro thì gắn thêm thùng xăng hay Methanol lên ô
tô
.
Hình 5.4: Sơ đồ cấu tạo một hệ thống ô tô FC .
d. Sản xuất Hydro :
 Chuyển đổi hơi :
Các nhiên liệu chứa Hydro phân hủy trong hơi nước dưới chất xúc tác là Nicken
để tạo ra hỗn hợp Hydro và CO .
CnHm + nH2O + Q(Nhiệt) → nCO + (n + m/2)H2 .
 Chuyển đổi Oxy hóa từng phần :
Phản ứng nghèo của Oxy (trong không khí) với nhiên liệu để tạo ra Hydro va CO.
CnHm + n/2O2 → nCO + m/2H2 + Q (Nhiệt) .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
10
 Chuyển đổi nhiệt tự động :
Nhiên liệu, hơi nước và Oxy (trong không khí) được cấp thông qua hỗn hợp chất
đệm xúc tác cho cả hai phản ứng Oxy hóa từng phần và chuyển đổi hơi, loại bỏ bộ
cháy hoặc nguồn nhiệt bên ngoài cần thiết .
CnHm + n/2O2 → nCO + m/2H2 + Q (Nhiệt)
CnHm + nH2O + Q(Nhiệt) → nCO + (n + m/2)H2
 Chuyển đổi phân ly nhiệt :

Sử dụng nhiệt để phá hủy nhiên liệu , sinh ra Hydro v à và Cacbon rắn .
CnHm + Q(Nhiệt) → nC + m/2H2
 Điện phân nước :
Hình5.5: Sơ đồ quá trình
đi
ện phân điển hình .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
11
Hình5 .6: Sơ đồ trạm sản xuất và cung cấp Hydro tại .
II. L
ịch sử phát triển của pin nhiên liệu
:
William Robert Grove (1811 – 1896), m
ột luật gia
– nhà v
ật lý
ngư
ời Anh đã tạo
ra pin nhiên li
ệu đầu ti
ên vào năm 1839.
Vào năm 1900 các nghiên cứu đã chuyển trực tiếp năng lượng hoá học của các
d
ạng năng l
ượng hoá thạch sang điện năng, tiêu biểu là hệ thống pin nhiên liệu
Hydro ra đ
ời.
Vào năm 1920, A. Schmid là ngư

ời tiên phong trong việc xây dựng bộ phân tích
b
ằng Platium, các điện cực carbon
– hydro x
ốp d
ưới hình thức ống.
Năm 1970 K.Kordesh xây d
ựng bộ pin nhiên liệu kết hợp ắcquy trên một ô tô lai 4
ch
ỗ và đã hoạt động được 3 năm ở thành phố thường
x
ảy ra kẹt xe.
Đ
ến giữa năm 1970 tế b
ào nhiên liệu dùng hệ thống axit photphoric ra đời.
Vào nh
ững năm 1980 pin nhiên liệu dùng cacbon nấu chảy (MCFC) phát triển
m
ạnh.
Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) và pin nhiên liệu dạng màng (PEFC) được phá t
tri
ển vào thập niên 1990, trong đó pin PEFC có công suất rất cao
.
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
12
III. Đặc điểm c
ủa pin nhiên liệu
:

Pin nhiên li
ệu có các đặc điểm tốt về hiệu suất, độ tin cậy, tính kinh tế, tích sạch
cho môi trư
ờng v
à tiềm năng phát triển cho tương lai.
Pin nhiên li
ệu có thể dễ dàng hiệu chỉnh bất cứ độ lệch nào từ bộ tạo tần trên
ph
ạm vi vùng cơ bản. Lợi ích này dẫn đến độ ổn định của toàn thể hệ thống tăng lên,
và kh
ắc phục được những bất lợi của pin hiện tại.
B
ộ pin nhiên liệu có tỉ nhiệt tải từn
g ph
ần rất tốt và có thể đáp ứng dần cho tải
trong th
ời gian ngắn.
1. Đ
ộ tin cậy và hiệu suất cao
:
Pin nhiên liệu có thể chuyển đổi đến 90 % năng lượng có trong bản thân nhiên
liệu thành điện năng và nhiệt. Hiện tại thiết kế của pin nhiên liệu dạng axit
phosphoric (PAFC) có hiệu suất chuyển đổi điện là 42%, và gần đây với hiệu suất
chuyển đổi điện có thể tăng đến 46%. Viện nghiên cứu năng lượng điện đánh giá
rằng tiến bộ trong pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy có thể đạt được hiệu suất điện
hơn 60% và còn có thể tăng lên nữa. Hơn nữa, hiệu suất của pin nhiên liệu phụ thuộc
vào độ lớn của kích thước riêng. Pin nhiên liệu có thể hoạt động ở một nửa dung
lượng trong khi duy trì năng suất sử dụng nhiên liệu cao.
Một thuộc tính quan trọng của pin nhiên liệu là khả năng đồng phát; như sản sinh
ra nước nóng và hơi nước ở cùng một thời gian khi nó phát ra điện năng. Hệ số đầu

ra điện – nhiệt độ thì tương đương với 1.0, trong khi hệ số của tua-bin khí vào
khoảng 0.5. Đặc điểm này có nghĩa là pin nhiên liệu hợp với tải nhiệt. Với kích
thước nhỏ hơn và hệ thống năng lượng công cộng tiện dụng.
Do có chứa vài phần chuyển động, nên pin nhiên liệu phải có độ tin cậy cao so
với động cơ đốt trong. Bởi vậy, pin nhiên liệu sẽ không có sự cố nghiêm tọng, trong
khi các tua-bin hay động cơ đốt trong sẽ gặp phải nếu các phần chuyển đông quay bị
hỏng.
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
13
2. Đ
ặc
tính v
ề môi tr
ường
và b
ảng
so sánh v
ới
xe s
ử dụng nhi
ên liệu
thư
ờng
a. Đ
ặc tính về môi trường :
Sự thay thế của pin nhiên liệu cho nhà máy năng lượng thường sẽ cải thiện được
chất lượng của không khí. Sự phát thải của nhà máy pin nhiên liệu thấp hơn 10 lần
so với các qui định nghiêm ngặt về môi trường. Pin nhiên liệu cũng sản sinh ra mức

CO
2
thấp hơn so với các qui định về môi trường của các nhà máy, một vấn đề liên
quan tới “hiệu ứng nhà kính”.
Phản ứng điện hóa của pin nhiên liệu sản sinh ra nước nhưng nhà máy điện vẫn
c
ần một ít n
ước bên ngoài để hoạt động. Cách
dùng này đánh d
ấu một điểm trái
ngư
ợc lớn với các nhà máy điện hơi nước là cần một lượng nước rất lớn cho quá
trình làm mát. L
ư
ợng nước hao phí được thải ra từ hệ thống pin nhiên liệu cũng
th
ấp, và số lượng được so sánh hơn với qui ước của các nhà máy điệ
n dùng nhiên
li
ệu địa khai. Khử pin nhi
ên liệu hoặc làm giảm số lượng nước là những vấn đề kết
h
ợp với quá trình thải nhiệt.
Quá trình
điện hoá tự nhiên của pin nhiên liệu khử được nhiều nguồn gây ồn và
bộ chuyển đổi năng lượng của pin nhiên liệu có trong số phương pháp chiếm ít rủi ro
nh
ất, bởi vì các lý do kích thước tương đối nhỏ của chúng, không có đốt cháy, mức
th
ải ô nhiễm thấp.

Khí th
ải tại Châu Âu 2002
Năng lư
ợng liên quan đến khí thải CO
2
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
14
b. So sánh xe s
ử dụng
pin nhiên liệu v
ớ
i các xe s
ử dụng
nhiên li
ệu
thư
ờng:
Xe thư
ờng
Xe đi
ện
Nhiên li
ệu tiêu hao
Đi
ện tương đương
Đi
ện năng tiêu thụ
Ôtô

8,5 lít xăng
909 Wh / km
488 Wh / km
Xe van
12 lít xăng
1.283 Wh / km
600 Wh / km
Xe t
ải nhỏ
16 lít d
ầu diesel
1.910 Wh / km
1.000 Wh / km
Bảng 1: Trung bình tiêu thụ xe thường và xe điện
 Nh
ững con số này cho thấy, xe điện, xe tải nhỏ, tương ứng tiêu thụ 54%, 4
7%
và 52% c
ủa năng l
ượng cơ bản cần thiết của xe đốt trong.
Rõ ràng là xe
đi
ện
có nhi
ều năng lượng hiệu quả
.
 Đi
ều này sẽ làm tăng lợi thế khi nó sẽ có thể nạp tiền xe bằng cách kết nối
tr
ực tiếp với các nguồn sản xuất điện với hiệu quả tổng sản lượng vượt quá

50% (th
ực vật kết hợp với khí / hơi nước chu kỳ, các tế bào nhiên liệu, pin
đ
ệm, vv).
 Có tính đến một số dặm trung bình là 10.000 km / năm, là con số tiêu chuẩn
cho các lo
ại xe tại các đô thị, tiết kiệm năng l
ượng thu được bằng cách t
hay
th
ế xe thường bởi xe điện là:
Năng lư
ợng tiết kiệm[kWh / năm
/ xe]
Ti
ết kiệm năng lượng chuyển thành khối
lư
ợng nhi
ên liệu [lít / năm / xe]
Ôtô
4210
438
Xe van
6380
709
Xe t
ải
nh
ỏ
9100

846
Bảng 2: Năng lượng và tiết kiệm nhiên liệu do xe điện
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
15
3. Pin nhiên li
ệu nh
ư một bộ chuyển hóa năng lượng
:
Pin nhiên liệu là một pin điện hóa. Pin có thể chuyển đổi liên tục năng lượng
hóa năng của nhiên liệu và chất oxy-hóa thành năng lượng điện thông qua quá trình
cơ bản gồm hệ thống điện cực - chất điện phân. Pin nhiên liệu hoạt động ở một hiệu
suất cao với mức phát thải rất thấp đối với hầu hết các mức chuẩn.
Pin nhiên liệu có đặc điểm của một module và vì thế có thể gắn liền với một
diện rộng công suất yêu cầu từ vài trăm Watt đến hàng chục kW, hàng MW. Pin
nhiên liệu cho một mức phát thải thấp, nhà máy pin nhiên liệu có thể lắp đặt vào vị
trí, những nơi năng lượng bị lãng phí, thậm chí ở những nơi đông dân. Kết quả là
đường đặc tuyến công suất truyền động thì kinh tế hơn và sự hao phí truyền động
được giảm xuống.
Nguyên lý cơ bản của pin nhiên liệu được biết đến nhiều ở pin điện hóa, liên
quan đến nhiều hoạt động trong cuộc sống của con người. Sự khác biệt lớn nhất,
trong trường hợp là ắcquy, năng lượng hóa năng được lưu trữ trong vật chất nằm bên
trong pin. Khi năng lượng này được chuyển đổi sang năng lượng điện, pin điện bỏ đi
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
16
sau khi dùng (primary batteries) hoặc sạc ở chế độ thích hợp. Trong pin nhiên liệu,
năng lượng hóa năng được cung cấp bởi nhiên liệu và chất oxy-hóa được lưu trữ bên

trong pin, nơi các phản ứng hóa học thay thế. Với điều kiện là pin được cung cấp
nhiên liệu và chất oxi-hóa. năng lượng điện có thể thu được như hình 1.6.
Hình: Bộ chuyển đổi năng lượng trực tiếp với pin nhiên liệu so sánh với kỹ thuật
biến đổi thông thường (trong công nghiệp).
Pin nhiên liệu chắc chắn sẽ là vai trò mấu chốt ở viễn cảnh năng lượng ở tương
lai. Đặc điểm quan trọng nhất của chúng là hiệu suất cao và mức phát thải và độ ồn
ở mức thấp, tương lai sẽ có tính bắt buộc ở các nhà máy phát điện. Có thể hydro sẽ
có mặt ở hệ thống năng lượng chính của thế kỷ 21, cũng như là nhiều kỹ thuật học
đã vạch ra, sau đó pin nhiên liệu sẽ là đặc điểm không thể tranh cải trong tất cả các
bộ chuyển đổi năng lượng nào khác.
Hình: Bộ chuyển đổi năng lượng trực tiếp với pin nhiên liệu so sánh với kỹ thuật
biến đổi thông thường (trong ô tô).
Chuyển đổi năng
lương nhi
ệt
Hóa năng c
ủa nhi
ên
li
ệu
Chuy
ển đổi năng
lư
ợng điện
Chuy
ển đổi năng
lư
ợng c
ơ
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô

NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
17
4. Ưu và như
ợc điểm của pin nhi
ên liệu :
 Ưu đi
ểm :
Pin nhiên liệu có thể được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: bệnh viện,
các phương ti
ện vận chuyển, trạm không gian, khách sạn, các nhu cầu sinh hoạt của
con ngư
ời….
So v
ới năng lượng truyền thống, pin nhiên liệu không gây ô nhiễm môi trường;
s
ản phẩm thải ra l
à H
2
O.
 Hiệu suất cao > 60%.
 Đ
ộ tin cậy cao.
 Không gây ra ti
ếng ồn.
 Như
ợc điểm
:
Giá thành cao (h
ệ thống pin nhiên liệu loại màng khoảng 1000

đ
ến 20.000 $
trên
m
ột đơn vị KW
)
5. Phân lo
ại pin nhiên liệu :
D
ựa v
ào đặc điểm của chúng ta có thể phân thành các loại sau:
 Pin trực tiếp
 Pin gián tiếp
 Pin nhiên liệu tái tạo
Ở pin nhiên liệu kiểu trực tiếp, sản phẩm phản ứng của pin được thải ra, trong khi
ở pin nhiên liệu tái tạo, chất phản ứng đã dùng rồi được tái sinh từ kết quả của của
một vài phương pháp như đã chỉ trong bảng. Hai kiểu pin nhiên liệu trực tiếp và kiểu
tái tạo có thể so sánh với loại pin sơ cấp và pin thứ cấp. Kiểu thứ ba là kiểu pin
nhiên liệu gián tiếp, thí dụ như pin nhiên liệu sử dụng nhiên liệu hữu cơ để chuyển
hóa thành hydro. Pin nhiên liệu hóa sinh cũng tương tự: bản chất của hóa sinh là
phân hủy, nghĩa là một dung dịch có chứa enzym (đôi khi bổ sung thêm vi khuẩn) để
sản xuất hydro.
Tuỳ theo phạm vi nhiệt độ hoạt động trong mỗi pin nhiên liệu lại được chia thành
b
ốn nhóm chính:
• Nhiệt độ của pin nhiên liệu mức thấp 25 -100
o
C
• Nhiệt độ Trung bình 100 - 500
o

C
• Nhiệt độ Cao 500 -1000
o
C
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
18
• Nhiệt độ rất cao trên 1000
o
C.
Ngoài ra chúng ta có thể phân loại theo nguồn gốc, tính chất điện phân sử dụng
trong pin nhiên li
ệu.
6. Ti
ềm năng của pin nhi
ên liệu :
Theo dự báo của hiệp hội pin nhiên liệu ở Nhật tỏ ra khá lạc quan, và xác nhận rõ
ràng và trình bày
ở cuối đoạn n
ày (xem bảng 2
-2). S
ự phát triển của kỹ thuật pin
nhiên li
ệu dành cho các ứng dụng thiết thực đã chỉ ra sự xử lí ổn định và cho thấy
m
ột tia hi
v
ọng ở tương lai.
B

ảng
: Gi
ới thiệu bảng giá trị mục tiêu của pin nhiên liệu
Các nghành
Năm 2000
Năm 2010
Thương m
ại
900 MW
2800 MW
Công nghi
ệp
300 MW
2400 MW
Th
ực dụng
1050 MW
5000 MW
T
ổng cộng
2250 MW
10700 MW
7. S
ử dụng cho ôtô điệ
n:
Ô tô điện bao gồm :
 Động cơ điện .
 Khối điều khiển bằng điện tử (Electronic Control odule ECM) .
 Bộ nguồn (bình
đi

ện), hệ thống điều khiển bình
đi
ện .
 Bộ xạc nguồn, hệ thống cáp, thân xe, khung xe, chất lỏng làm mát ô tô
điện, chất bôi trơn .
 Hệ thống hãm tái sinh, hệ thống phanh cơ khí, hệ thống treo, hệ thống lái.
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
19
Sơ đồ biểu diễn quá trình làm việc của xe điện
 Ư u điểm của ô tô điện
• Ô tô điện được xếp vào dạng ô tô sạch (ZEV).
• Động cơ điện hoạt động rất êm, hiệu suất cao, ít bảo trì, bảo dưỡng, dễ sửa
chữa . . .
• Do đường đặc tính công suất và môment xoắn của động cơ điện rộng.
• Kết hợp phương pháp h
ãm tái sinh thu l
ại động năng của xe.
 Nhược điểm của ô tô điện
• Giá đầu tư ban đầu cao, ô tô điện thì cao h
ơn kho
ảng 30 - 40% ô tô nhiệt
• Khả năng gia tốc ô tô bị hạn chế.
• Các vấn đề sưởi ấm và điều hòa không khí trong ô tô bị hạn chế.
• Cơ sở hạ tầng cho ô tô điện vẫn chưa có.
• Năng lượng dự trữ bình
đi
ện thấp (thấp hơn khoảng 100 lần ô tô dùng động
cơ nhiệt).

• Sản xuất, chế tạo bình
đi
ện đôi khi nó dẫn đến ô nhiễm môi trường. Tuổi thọ
và chi phí sử dụng của bình
đi
ện phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ chế tạo và
thao tác kỹ thuật.
• Thời gian nạp điện dài.
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
20
PH
ẦN ĐỀ NGHỊ
Việc nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu thay thế sử dụng trong động cơ đốt
trong đ
ã
đư
ợc thực hiện từ cuối thế kỷ XIX và trở nên rất phổ biến. Ở Việt Nam, các
vấn đề đó chưa được ứng dụng rộng rãi và có một số công nghệ vẫn còn rất mới.
Để triển khai ứng dụng phổ biến các loại nhiện liệu chúng ta cần thực hiện
những vấn đề sau :
 Phân tích ưu nhược điểm cùng với các điều kiện kỹ thuật, kinh tế, xã hội,
chính trị để chọn lựa nhiên liệu thích hợp
 Đầu tư, đào tạo đội ngũ khoa học kỹ thuật để nghiên cứu
 Tuyên truyền, phổ biến rộng rải trên các phương tiện đại chúng để mọi
người có kiến thức về việc sử dụng nhiên liệu mới.
 Khi sử dụng song song nhiên liệu truyền thống và nhiên liệu thay thế cần
có các nghiên cứu thực nghiệm để tối ưu hóa thành phần các nhiên liệu trong hỗn
hợp về công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, ô nhiễm môi trường .

 Nhà nước cần có các chính sách ưu đãi đối với các nhà đầu tư và các
chính sách khuyến khích dân chúng sử dụng các nhiên liệu mới ít ô nhiễm .Đặc biệt
là các phương tiện giao thông công cộng như xe bu
ýt, xe khách, taxi .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
21
DANH M
ỤC T
ÀI LIỆU THAM KHẢO
 Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Đại học Bách Khoa TP. HCM, Việt Nam.
 Robert Q. Riley – Alternative Cars in the 21st Century – SAE
International, Warrendale, Pa – 2004.
 Richard L. Bechtold – Alternative Fuel Guidebook – Properties, Storage,
Dispensing and Vehicle Facility Modifications – Society of Automotive
Engineers, Inc – 1997.
 Phạm Xuân Mai, Nguyễn Hữu Hường, Văn Thị Bông, Hồ Phi Long –
Phát triển ô tô dùng nhiên liệu LPG ở TP. Hồ Chí Minh – Kỷ yếu Hội nghị
Khoa học Công nghệ lần 8 – Trường ĐH Bách Khoa TP. HCM
 Hồng Đức Thông – Nghiên cứu động cơ dùng dầu thực vật – Kỹ yếu hội
nghị khoa học trẻ Bách Khoa lần 4, phân ban Cơ Khí, Kỹ Thuật Giao Thông –
6/2003.
 />Nam-se-san-xuat-pin-nhien-lieu.aspx