Hydrogen & Pin nhiên liệu (Các loại pin nhiên liệu-P2) pot

Hydrogen & Pin nhiên liệu
(Các loại pin nhiên liệu-P2)


f) DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) – pin nhiên
liệu dùng methanol trực tiếp
Dù công nghệ vẫn mới chỉ chập chững ở những
bước ban đầu nhưng đã thể hiện được một số
thành công trong những ứng dụng như điện
thoại di động và máy tính xách tay (laptop), đem
lại triển vọng đầy tiềm năng cho tương lai.
DMFC tương tự như PEMFC ở chỗ chất điện
phân là polymer và điện tích vận chuyển là ion
hydrogen (proton). Tuy nhiên, với DMFC,
methanol lỏng (CH3OH) bị oxygen hóa trong
nước ở anode, sinh ra khí carbonic, ion
hydrogen đi qua chất điện phân và phản ứng với
oxygen từ không khí và các electron từ dòng
điện tạo thành nước ở anode, hoàn thành chu
trình.
Phản ứng trên anode: CH3OH + H2O => CO2 +
6 H+ + 6e- (15.19)
Phản ứng trên cathode: 3/2 O2 + 6 H+ + 6e- =>
3 H2O (15.20)
______________________________________
______________________________
Tổng quát: CH3OH + 3/2 O2 => CO2 + 2 H2O +
năng lượng (điện) (15.21)
Khi mới bắt đầu phát triển từ đầu những năm 90

của thế kỉ trước, DMFC lúc ấy chưa được chú ý
nhiều bởi hiệu suất và mật độ năng lượng thấp
cũng như một số vấn đề khác. Tuy nhiên những
cải tiến trong chất xúc tác và những phát triển
gần đây đã gia tăng mật độ năng lượng lên gấp
20 lần và hiệu suất cuối cùng đã có thể đạt
được đến 40%.
DMFC đã được thử nghiệm ở khoảng nhiệt độ
từ 500C-1200C. Với nhiệt độ vận hành thấp và
không đòi hỏi phải qua bước chuyển hóa thành
hydrogen mà có thể dung trực tiếp nhiên liệu
methanol, DMFC trở thành ứng cử viên sáng giá
cho các ứng dụng cỡ từ rất nhỏ đến trung bình
như điện thoại di động và các sản phẩm tiêu
dùng khác.
Một trong những nhược điểm của DMFC đó là
nhiệt độ vận hành thấp đòi hỏi chất xúc tác phải
hiệu lực hơn, có nghĩa lượng xúc tác bạch kim
đắt đỏ cần dùng cũng lớn hơn so với dạng
PEMFC thông thường. Ngoài ra, methanol còn
là một chất độc. Vì thế mà một số công ty đã bắt
tay vào việc phát triển các pin nhiên liệu sử
dụng ethanol trực tiếp (DEFC – direct ethanol
fuel cell). Hiệu suất của DEFC hiện nay mới chỉ
khoảng một nửa so với DMFC, nhưng dự đoán
khoảng cách này sẽ ngày càng được rút ngắn
trong tương lai.
g) RFC (Regenerative Fuel Cell) – pin nhiên liệu
tái sinh.
RFC là một hệ thống vận hành thành một chu

trình kín và có thể trở thành nền tảng cơ bản
cho nền kinh tế hydrogen dựa trên các nguồn
năng lượng tái tạo. Pin nhiên liệu sinh ra điện
năng, nhiệt và nước từ hydrogen và oxygen sẽ
được sử dụng khắp nền kinh tế, cung cấp năng
lượng cho các nhà máy, xe cộ, phương tiện
giao thông vận chuyển và cho các nhu cầu dân
dụng của hộ gia đình. Hydrogen được sinh ra từ
điện phân nước, tách nước thành hai thành
phần hydrogen và oxy; quá trình sử dụng năng
lượng tái tạo từ các nguồn tự nhiên như gió,
mặt trời hay địa nhiệt.
Một hệ thống như vậy sẽ không đòi hỏi bất cứ
dạng pin nhiên liệu chuyên biệt nào, nhưng sẽ
cần có một cơ sở hạ tầng để phân phối
hydrogen đến các pin nhiên liệu để sử dụng.
Tuy nhiên hiện tại chúng ta vẫn chưa có được
một cơ sở hạ tầng để phân phối hydrogen như
vậy.
NASA đang tiến hành dự án phát triển một hệ
thống pin nhiên liệu tái sinh nhẹ và hiệu quả để
sử dụng trên chiếc máy bay tên là Helios có thể
bay ở độ cao hơn 30 km. Chiếc máy bay trước
đây chạy bằng các panel năng lượng mặt trời.
Mục tiêu của dự án là tích hợp cả hai hệ thống
năng lượng mặt trời và pin nhiên liệu tái sinh.
Hệ thống pin mặt trời sẽ cung cấp năng lượng
cho máy bay suốt ban ngày và sinh ra nguồn
hydrogen bổ sung, hydrogen được lưu trữ để
cung cấp cho pin nhiên liệu sử dụng vào ban

đêm. Một hệ thống như vậy dùng hoàn toàn
năng lượng sạch và bền vững, có thể giúp
chuyến bay kéo dài được trong nhiều ngày.
h) ZAFC (Zinc-Air Fuel Cell) – pin nhiên liệu
kẽm/không khí
ZAFC vừa có những đặc tính của pin nhiên liệu
vừa mang những tính chất của pin ắc quy. Chất
điện phân trong ZAFC là chất sứ rắn dùng ion
hydroxyl (OH-) làm chất mang điện tích. Để đạt
được hiệu suất điện/nhiên liệu cao vớI các
nhiên liệu hydrocarbon và một độ dẫn cao cho
chất mang điện tích, ZAFC vận hành ở 7000C.
Điện cực dương, anode, được làm từ kẽm và
được cung cấp hydrogen hay thậm chí cả các
hydrocarbon. Điện cực âm, cathode, được tách
khỏi nguồn không khí cấp vào nhờ một điện cực
phân tán khí GDE (gas diffusion electrode), một
màng thẩm thấu cho phép oxygen không khí đi
qua. Ở cực âm, oxygen phản ứng với hydrogen
để tạo nên ion hydroxyl và nước.
Phản ứng trên anode: CH4 + H2O => CO2 + 6
H+ + 6e- (15.22)
Zn + OH- => ZnO + H + e- (15.23)
Phản ứng trên cathode: O2 + 2 H+ + 2e- => 2
OH- (15.24)
O2 + 4 H+ + 4e- => 2 H2O (15.25)
______________________________________
______________________________
Tổng quát: CH4 + 2 O2 => CO2 + 2 H2O + năng
lượng (điện) (15.26)

Nhiệt độ vận hành cao của ZAFC làm cho nó có
khả năng chuyển hóa nhiệt hydrocarbon trực
tiếp, không cần một thiết bị chuyển hóa bên
ngoài để tạo ra hydrogen. Một thuận lợi khác
của việc hoạt động ở nhiệt độ cao này đó là
nhiệt thừa có thể được tận dụng để tạo ra hơi
nước áp suất cao, hữu ích cho nhiều ứng dụng
công nghiệp và thương mại.
Chất điện phân của ZAFC cũng có một số ưu
điểm trội hơn so với các chất điện phân khác.
Nó không đòi hỏi nước bão hòa như màng
polymer của PEMFC và do vậy không bị khô đi
hết nên không cần các thiết bị để kiểm tra giám
sát độ ẩm ở hai điện cực. Hơn nữa, vì là chất
rắn, sự rò rỉ chất điện phân cũng không xảy ra
như với các chất điện phân lỏng. Tuy nhiên, do
điện cực dương bằng kẽm sẽ bị hao mòn nên
bộ phận này thỉnh thoảng cần được thay thế