chế tạo vật liệu xúc tác điện hóa nano ptc ứng dụng cho pin nhiên liệu metanol trực tiếp

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA – THỰC PHẨM




BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI:
CHẾ TẠO VẬT LIỆU XÚC TÁC ĐIỆN
HÓA NANO Pt/C ỨNG DỤNG CHO PIN
NHIÊN LIỆU METANOL TRỰC TIẾP


VŨ MINH HÀO




BIÊN HÒA, THÁNG 12/2012

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA – THỰC PHẨM




BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐỀ TÀI:
CHẾ TẠO VẬT LIỆU XÚC TÁC ĐIỆN
HÓA NANO Pt/C ỨNG DỤNG CHO PIN
NHIÊN LIỆU METANOL TRỰC TIẾP


Giảng viên hƣớng dẫn : PGS.TS NGUYỄN THỊ PHƢƠNG PHONG
Sinh viên thực hiện : VŨ MINH HÀO



BIÊN HÒA, THÁNG 12/2012
i

LỜI CÁM ƠN
Ca dao Việt Nam vẫn có câu để nhắn nhủ những ngƣời trẻ trong xã
hội:“Công cha, nghĩa mẹ ơn thầy, nghĩ sao cho bõ những ngày ƣớc ao”. Đó tuy chỉ
là một câu thật ngắn gọn nhƣng lại chứa đựng toàn bộ truyền thống tốt đẹp của dân
tộc ta. Hôm nay, tôi cũng xin mƣợn nó để nói lên tâm tình biết ơn đối với bậc sinh
thành cũng nhƣ quý thầy cô là những ngƣời đã giúp đỡ tôi hoàn tất tốt luận văn tốt
nghiệp này.
Đầu tiên, tôi xin gửi lời biết ơn chân thành đến PGS.TS Nguyễn Thị Phƣơng
Phong, ngƣời đã trực tiếp hƣớng dẫn tôi trong toàn bộ quá trình thực hiện đề này.
Tôi vô cùng cảm kích vì sự giúp đỡ rất tận tâm của cô. Mặc dù, trong cƣơng vị
PGS.TS và công việc giảng viên bận rộn với trăm công ngàn việc nhƣng cô vẫn
dành thời gian để sửa bài và góp ý một cách chân thành cho đề tài của tôi.
Tôi cũng xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến quý thầy cô, anh chị trong khoa hóa
lý trƣờng ĐHKHTN, Tp.HCM đã tận tình hƣớng dẫn trong quá trình tôi thí nghiệm
ở đây. Cách riêng cho anh Ngô Thanh Liêm, ngƣời luôn đồng hành trong những

bƣớc đi chập chững và suốt cả thời gian tham gia nghiên cứu của tôi.
Đối với các thầy cô trong khoa hóa trƣờng ĐH Lạc Hồng, tôi không biết lấy
gì để nói lên lời cám ơn trƣớc những điều kiện vô cùng thuận lợi, mà các thầy cô đã
dành cho để quá trình nghiên cứu của tôi đƣợc diễn ra và kết thúc thật tốt đẹp.
Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến các cơ sở, phòng thí nghiệm đã cho tôi đƣợc
làm việc ở tại những nơi đây.
Lời biết ơn cuối cùng, con xin gửi đến cha mẹ là những ngƣời đã sinh thành
và vất vả bao ngày tháng qua để con có đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay. Sau cùng,
tôi xin cảm ơn vì tất cả, thiết nghĩ rằng sẽ khó mà đáp trả lại tất cả những ân tình ấy.
Song ƣớc mong mọi ngƣời sẽ đón nhận nó nhƣ lời cảm tạ chân thành nhất từ chính
bản thân tôi.
ii


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN i
MỤC LỤC ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v
DANH MỤC BẢNG BIỂU vi
DANH SÁCH HÌNH ẢNH vii
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU VÀ XÚC TÁC ĐIỆN CỰC
TRONG PIN NHIÊN LIỆU METANOL TRỰC TIẾP 4
1.1 Tổng quan về pin nhiên liệu 4
1.1.1 Khái niệm về pin nhiên liệu 4
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của pin nhiên liệu 4
1.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu 6
1.1.3.1 Cấu tạo 6
1.1.3.2 Nguyên lý hoạt động 7
1.1.4 Hệ thống pin nhiên liệu 8

1.1.5 Phân loại pin nhiên liệu 9
1.1.5.1 Pin nhiên liệu axit phosphoric(Phosphoric acid fuel cell) 9
1.1.5.2 Pin nhiên liệu cacbon nóng chảy (Molten carbonate fuel cell) 9
1.1.5.3 Pin nhiên liệu kiềm (Alkaline fuel cell) 10
1.1.5.4 Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (Proton exchange membrance
fuel cell) 10
1.1.5.5 Pin nhiên liệu methanol trực tiếp (Direct methanol fuel cell) 11
1.1.5.6 Pin nhiên liệu oxit rắn (Solid oxide fuel cell) 11
1.1.6 Một số ƣu nhƣợc điểm của pin nhiên liệu 12
1.1.6.1 Ƣu điểm 12
1.1.6.2 Nhƣợc điểm 13
1.2 Pin nhiên liệu Metanol trực tiếp 13
iii

1.2.1 Lịch sử hình thành phát triển của pin nhiên liệu methanol trực tiếp 13
1.2.2 Cấu tạo pin nhiên liệu methanol trực tiếp 14
1.2.3 Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu methanol trực tiếp 15
1.2.4 Các yếu tố ảnh huởng đến quá trình làm việc của pin 16
1.2.4.1 Ảnh hƣởng của nhiệt độ 16
1.2.4.2 Ảnh hƣởng của độ ẩm 16
1.2.4.3 Ảnh hƣởng của áp suất 16
1.2.4.4 Ảnh hƣởng của chất mang 17
1.3 Đặc điểm và tính chất của hạt nano Platin 18
1.3.1 Giới thiệu về vật liệu nano 18
1.3.2 Tổng quan về nano Platin 19
1.3.3 Đặc điểm chất xúc tác nano Platin trên Carbon 19
1.3.3.1 Định nghĩa về chất xúc tác 19
1.3.3.2 Tính chất đặc trƣng của chất xúc tác 19
1.3.3.3 Đặc điểm của nanocomposit Platin trên Carbon 20
1.3.4 Các phuơng pháp điều chế 20

1.3.4.1 Phƣơng pháp Polyol 20
1.3.4.2 Phƣơng pháp tẩm trên chất mang 20
1.3.4.3 Phƣơng pháp kết tủa 22
1.3.4.4 Phƣơng pháp trộn cơ học 22
CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM 23
2.1 Hóa chất 23
2.1.1 Một số loại hóa chất sử dụng 23
2.1.2 Thiết bị sử dụng 23
2.2 Chuẩn bị một số dung dịch cho quá trình thí nhiệm 24
2.2.1 Pha dung dịch HNO
3
với nồng độ khác nhau 24
2.2.2 Pha dung dịch H
2
SO
4
0,5M 25
2.2.3 Pha dung dịch H
2
SO
4
0,5M trong CH
3
OH 1M 25
2.3 Xử lý nguồn Carbon Vulcan XC-72R 25
iv

2.4 Chế tạo vật liệu xúc tác điện hóa bằng phƣơng pháp Polyol 25
2.5 Điều chế vật liệu xúc tác điện cực Pt/VulcanXC-72R theo phƣơng pháp
Polyol đun truyền thống 26

2.6 Chuẩn bị mẫu và cách quét thế vòng tuần hoàn (Cyclic Voltammetry) 27
2.7 Các phƣơng pháp phân tích 28
2.7.1 Phƣơng pháp đo diện tích bề mặt 28
2.7.2 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 28
2.7.3 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 29
2.7.4 Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 30
2.7.5 Phƣơng pháp quét thế vòng tuần hoàn (CV) 32
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
3.1 Kết quả xử lý nguồn Carbon VulcanXC-72R 36
3.1.1 Ảnh hƣởng của nồng độ axit Nitric (HNO
3
) 36
3.1.2 Ảnh hƣởng của thời gian xử lý 38
3.2 Xúc tác điện hóa nanocomposit Pt trên Carbon không xử lý 39
3.2.1 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng axit Chloroplatinic (H
2
PtCl
6
.6H
2
O) 39
3.2.2 Ảnh hƣởng của sự thay đổi pH trong môi trƣờng điều chế 41
3.2.3 Kết quả phân tích ảnh TEM (Transmission electron microscopy) 43
3.3 Xúc tác điện hóa nanocomposit Pt trên Carbon xử lý 45
3.3.1 Ảnh hƣởng của hàm lƣợng axit Chloroplatinic (H
2
PtCl
6
.6H
2

O) 45
3.3.2 Ảnh hƣởng của sự thay đổi pH trong môi trƣờng điều chế 47
3.3.3 Kết quả phân tích ảnh TEM (Transmission electron microscopy) 49
3.4 So sánh khả năng xúc tác của chất mang carbon không xử lý và xử lý 50
3.4.1 Kết quả phân tích XRD (X-ray diffaction) 50
3.4.2 Kết quả diện tích bề mặt của vật liệu xúc tác điện cực 52
3.4.3 Kết quả và phân tích ảnh SEM (Scaning electron microscopy) 53
3.4.4 So sánh về khả năng xúc tác điện hóa 54
KẾT QUẢ VÀ KIẾN NGHỊ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO
v

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BET Máy đo diện tích bề mặt
CV Phƣơng pháp quét thế vòng tuần hoàn (Cyclic voltammetry)
Eb Thế oxy hóa cực đại trên đƣờng quét về (V)
Ef Thế oxy hóa cực đại trên đƣờng quét tới (V)
i
pa
Mật độ dòng của mũi trên đƣờng quét tới tính theo diện tích
điện cực (mA/cm
2
)
i
pc
Mật độ dòng của mũi trên đƣờng quét về tính theo diện tích
điện cực (mA/cm
2
)

i’
pa
Mật độ dòng của mũi trên đƣờng quét tới tính theo khối lƣợng
Platin trên điện cực (mA/mmPt)
i’
pc
Mật độ dòng của mũi trên đƣờng quét về tính theo khối lƣợng
Platin trên điện cực (mA/mmPt)

Pt/C Vật liệu xúc tác điện hóa nanocomposit Platin trên Carbon
Pt/VulcanXC-72R Vật liệu xúc tác điện hóa nanocomposit Platin trên Carbon
Vulcan XC-72R
Pt/VC-25-11 Vật liệu xúc tác điện hóa nanocomposit Platin trên Carbon
Vulcan XC-72R không xử lý với hàm lƣợng Platin là 25% và
môi trƣờng pH=11
Pt/VC-XL-25-11 Vật liệu xúc tác điện hóa nanocomposit Platin trên Carbon
Vulcan XC-72R xử lý trong HNO
3
với hàm lƣợng Platin là
25% và môi trƣờng pH=11
SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scaning electron microscopy)
TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission electron
microscopy)
XRD Nhiễu xạ tia-X (X-Ray diffaction)
vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Số liệu để pha dung dịch HNO
3
với nồng độ khác nhau 24

Bảng 3.1: Hoạt tính của vật liệu nanocomposit Pt/VulcanXC-72R xử lý và không
xử lý trong dung dịch HNO
3
với những nồng độ khác nhau 36
Bảng 3.2: Hoạt tính xúc tác của vật liệu nanocomposit Pt/Vulcan XC-72R đã xử lý
và không xử lý trong những khoảng thời gian khác nhau 39
Bảng 3.3 Hoạt tính xúc tác của vật liệu nanocomposit Pt/VC với sự thay đổi thành
phần khối lƣợng của tiền chất H
2
PtCl
6
.6H
2
O 40
Bảng 3.4: Hoạt tính xúc tác của vật liệu nanocomposit Pt/VC với môi trƣờng pH
khác nhau 42
Bảng 3.5: Hoạt tính xúc tác của vật liệu nanocomposit Pt/VC-XL-25 trong môi
trƣờng pH=11 với sự thay đổi hàm lƣợng của tiền chất H
2
PtCl
6
.6H
2
O 46
Bảng 3.6: Hoạt tính xúc tác của nanocomposit Pt/VC-XL-25 trong những môi
trƣờng pH khác nhau 48
.Bảng 3.7: Kết quả đo diện tích bề mặt của vật liệu nanocomposit Pt/VulcanXC-72R
đã xử lý và không xử lý 53
vii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ một pin nhiên liệu 4
Hình 1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc pin nhiên liệu 6
Hình 1.3 Sơ đồ một hệ thống pin nhiên liệu 8
Hình 1.4 Hiệu suất của pin nhiên liệu so với một số thiết bị tạo ra điện khác 12
Hình 2.1 Bể siêu âm 23
Hình 2.2 Mấy khuấy từ IKA

RET control-vis và pipet BIOHIT Proline 23
Hình 2.3 Lò vi sóng SANYO 20L EM-S2182W 24
Hình 2.4 Máy ly tâm UNIVERSAL 32R HETTICH ZENTRIFUGEN 24
Hình 2.5 Quy trình chế tạo vật liệu nano Pt/C bằng phƣơng pháp polyol 26
Hình 2.6 Máy đo BET Nova 3200e 28
Hình 2.7 Sơ đồ khối thiết bị nhiễu xạ tia X 28
Hình 2.8 Thiết bị nhiễu xạ tia X BRUKER XRD-D8 ADVANCE 29
Hình 2.9 Hệ thống kính hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng FE-SEM JSM 30
Hình 2.10 Hệ thống kính hiển vi điện tử truyền qua,TEM JEM-1400 Nhật 31
Hình 2.11 Đồ thị quét thế vòng tuần hoàn 32
Hình 2.12 Máy Autolab-PGSTAT302N 33
Hình 2.13 Các loại điện cực 33
Hình 2.14 Hệ thống ba điện cực 34
Hình 2.15 Đƣờng cong CV của vật liệu nanocomposite Pt/Vulcan XC-72R 34
Hình 3.1 Giản đồ CV của vật liệu xúc tác nanocomposit Pt/Vulcan XC-72R xử lý
và không xử lý trong dung dịch HNO
3
với những nồng độ khác nhau 37
Hình 3.2 Giản đồ CV của vật liệu xúc tác nanocomposit Pt/Vulcan XC-72R đã xử
lý và không xử lý trong những khoảng thời gian khác nhau 39
Hình 3.3 Giản đồ CV của vật liệu xúc tác nanocomposit Pt/VC với thành phần tiền
chất H

2
PtCl
6
.6H
2
O khác nhau 40
Hình 3.4 Giản đồ CV của vật liệu xúc tác nanocomposit Pt/VC trong những môi
trƣờng pH khác nhau 42
viii

Hình 3.5 Cơ chế quá trình oxy hóa EG trong điều chế nano Platin 42
Hình 3.6 Phản ứng loại proton tạo thành anion Glycolate của axit Glycolic 43
Hình 3.7 Ảnh chụp TEM và biểu đồ phân bố kích thƣớc hạt nano Platin trên vật
liệu nanocomposit Pt/VC-25-11 44
Hình 3.8 Ảnh chụp TEM và biểu đồ phân bố kích thƣớc hạt nano Platin trên vật
liệu nanocomposit Pt/VC-25-6,5 44
Hình 3.9 Giản đồ nền CV của vật liệu xúc tác nanocomposit Pt/VC-XL với hàm
lƣợng Platin khác nhau 45
Hình 3.10 Giản đồ CV của vật liệu xúc tác nanocomposit Pt/VC-XC với hàm lƣợng
Platin khác nhau 47
Hình 3.11 Giản đồ nền CV của vật liệu xúc tác nanocomposit Pt/VC-XL-25 với
môi trƣờng pH khác nhau 47
Hình 3.12 Giản đồ CV của vật liệu xúc tác nanocomposit Pt/VC-XL-25 với môi
trƣờng pH khác nhau 48
Hình 3.13 Ảnh chụp TEM và biểu đồ phân bố kích thƣớc hạt nano Platin trên vật
liệu nanocomposit Pt/VC-XL-25-11 49
Hình 3.14 Ảnh chụp TEM và biểu đồ phân bố kích thƣớc hạt nano Platin trên vật
liệu nanocomposit Pt/VC-XL-25-6,5 50
Hình 3.15 Kết quả chụp XRD của Vulcan XC-72R xử lý và không xử lý 51
Hình 3.16 Phổ đồ XRD của nanocomposit Pt/VC-25-11 51

Hình 3.17 Gian đồ XRD của nanocomposit Pt/VC-XL-25-11 52
Hình 3.18 Ảnh FE- SEM của nanocomposit Pt/VC-XL-25-11 53
Hình 3.19 Giản đồ đo nền của hai loại carbon Vulcan XC-72R 54
Hình 3.20 (1) Giản đồ đo nền và (2) giản đồ CV của hai loại vật liệu xúc tác điện
hóa nanocmposit Pt/Vulcan XC-72R 54





PHẦN MỞ ĐẦU
1

LỜI MỞ ĐẦU
Không biết trong mỗi ngƣời đã có ai từng nghĩ đến việc nền văn minh của
chúng ta đã phát triển mạnh mẽ từ giai đoạn nào chăng? Theo tôi thì đó là khi con
ngƣời biết tạo ra điện, một nguồn năng lƣợng mà ngày nay có mặt hầu hết trong
mọi lĩnh vực. Chúng ta có thể hình dung đơn giản từ việc học của mình nếu không
có điện thì làm sao mỗi ngƣời có đủ ánh sáng học tập, nghiên cứu, việc mà những
thế hệ đi trƣớc đã không có đƣợc. Nguồn sáng mà họ có chỉ là những ngọn đèn dầu.
Điện giúp cho việc chuẩn bị những bữa ăn của mỗi gia đình mất ít thời gian hơn
nhờ các thiết bị nhƣ ấm điện, nồi cơm điện. Điện nhƣ một “ngƣời bạn đồng hành”
của nhiều nhà máy, xí nghiệp.
 Lý do chọn đề tài
Do sự ảnh hƣởng lớn trên mà nguồn nguyên liệu để sản xuất điện và thiết bị
để xử lý nguồn nguyên liệu nhƣ than, xăng, nƣớc, gió đã đƣợc quan tâm một cách
đặc biệt. Trong khi các nguồn nhƣ gió, mặt trời, nƣớc hay năng lƣợng hạt nhân lại
gặp những khó khăn nhất định. Bên cạnh đó, vấn đề môi trƣờng lại nổi lên khi khí
độc đƣợc thải ra làm ô nhiễm và khiến nhiệt độ thay đổi quá nhanh. Vì vậy, một
thiết bị “đa năng” và một nguồn nguyên liệu dồi dào đã đƣợc tập trung tìm kiếm và

nghiên cứu. Cuối cùng tất cả sự chú ý đã đổ dồn về pin nhiên liệu.
Theo dòng thời gian thì loại pin nhiên liệu sử dụng Metanol trực tiếp
(Direct methanol fuel cell - DMFC) xuất hiện và đang rất thịnh hành. Tuy hệ thống
đôi khi vẫn tạo ra khí cacbonic nhƣng lƣợng khí thải ra không đáng kể. Yếu tố xúc
tác trong pin nhiên liệu sử dụng metanol trực tiếp là vấn đề đƣợc đặt lên hàng đầu
và quan tâm hơn cả. Chất xúc tác đã đƣợc nghiên cứu và phổ biến nhất là platin.
Qua đề tài:“ Ch to vt lin hóa nano Pt/Carbon ng dng cho pin
nhiên liu methanol trc ti tôi hy vọng sẽ góp phần trong việc đƣa nguồn năng
lƣợng điện “sạch” này vào ứng dụng một cách rộng rãi cho cuộc sống năng động
ngày nay.
 Tình hình nghiên cứu về đề tài
- Tình hình nghiên cứu trên thế giới
2

Tính chất của chất mang và điều khiển kích thƣớc hạt nano là hai việc đƣợc
quan tâm nhất trong quá trình điều chế. Nguồn chất mang đƣợc xử lý bằng nhiều
loại hóa chất nhƣ KOH [3], H
2
O
2
[10], Ozon [15] và HNO
3
[13].
Năm 2006, nhóm Zhen. Bo. Vary đã nghiên cứu ảnh hƣởng của chất mang
khi xử lý bằng ozon và chất xúc tác là hợp kim của Pt-Ru trên pin nhiên liệu
methanol trực tiếp [15].
H
2
O
2

là hóa chất dùng để xử lý nguồn carbon đen mà nhóm Marcelo Carmo
sử dụng năm 2007. Nhóm này đã dùng chất mang này cho thiết bị pin nhiên liệu
dạng màng [10].
Năm 2008, nhóm Du,H. Y đã điều khiển kích thƣớc hạt nano platin và gắn
chúng lên chất mang carbon nanotubes giúp cho quá trình oxy hóa methanol [5].
Năm 2010, Chaoxing He và cộng sự đã dùng hóa chất KOH để xử lý nguồn
carbon và gắn hạt nano platin hỗ trợ cho phản ứng oxy hóa khử [3].
Năm 2011, S. M. Senthil Kumar và cộng sự đã nghiên cứu về ảnh hƣởng
của kích thƣớc hạt nano platin trên nguồn carbon Vulcan XC-72R đã xử lý cho phản
ứng oxy hóa khử [13].
- Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Trong nƣớc, việc nghiên cứu này cũng mới đƣợc tiến hành trong những
năm gần đây ở các trƣờng Đại học Khoa học Tự Nhiên ở TP. Hồ Chí Minh và Hà
Nội cũng nhƣ Viện vật lý TP. Hồ Chí Minh
 Mục tiêu nghiên cứu
Chế tạo vật liệu xúc tác điện hóa, chế tạo vật liệu nano Pt/Carbon (thay đổi
các thông số hàm lƣợng của H
2
PtCl
6
, pH, nhiệt độ, xử lý nguồn Carbon)
Khảo sát tính chất xúc tác điện hóa bằng phƣơng pháp đo điện thế dòng
tuần hoàn trên phản ứng oxyhóa methanol,
Khảo sát các tính chất lý hóa: XRD, TEM, BET, để xác định kích thƣớc
hạt, diện tích bề mặt của hệ xúc tác

3

 Nội dung nghiên cứu
Vật liệu xúc tác điện hóa nano platin trên carbon Vulcan XC-72R đƣợc chế

tạo bằng phƣơng pháp polyol. Etylen glycol là rƣợu đa chức đƣợc sử dụng cho quá
trình khử platin từ Pt
4+
về Pt
0
. Bên cạnh đó, một số yếu tố ảnh hƣởng cũng đƣợc
khảo sát nhƣ hàm lƣợng của H
2
PtCl
6
, môi trƣờng pH, nhiệt độ xử lý nguồn carbon
Vulcan XC-72R, tính chất của nguồn Carbon.
Vật liệu đã chế tạo đƣợc mang khi khảo sát tính chất xúc tác điện hóa trên
máy Autolab-PGSTAT302N, với hệ thống ba điện cực: điện cực làm việc (WE),
điện cực đối (CE) và điện cực so sánh (RE). Đầu tiên, làm sạch điện cực với dung
dịch H
2
SO
4
0,5M. Quá trình quét đƣợc tiến hành 2 lần với các vận tốc là 100mV/s,
50mV/s trong khoảng thế từ 0-1V và quét 1 vòng. Quét thế tuần hoàn để khảo sát
hoạt tính xúc tác của vật liệu. Khoảng thế từ 0-0,9V, dung dịch H
2
SO
4
0,5M đƣợc
thay bằng hỗn hợp dung dịch H
2
SO
4

0,5M + CH
3
OH 1M. Ngoài 2 lần quét nhƣ
trên, mẫu đƣợc quét thêm 1 lần với vận tốc 10 mV/s.
Vật liệu sẽ đƣợc khảo sát tính chất hóa lý thông qua một số máy móc hiện
đại nhƣ máy BET để đo diện tích bề mặt, TEM để xác định kích thƣớc hạt nano trên
bề mặt chất mang, FE-SEM xác định hàm lƣợng tiền chất trong mẫu và khi điều chế
có phù hợp với nhau và XRD giúp ta kết luận đƣợc sự có mặt của các tinh thể platin
và carbon trong mẫu.
 Phƣơng pháp nghiên cứu
Xây dựng quy trình chế tạo vật liệu xúc tác điện hóa nano platin trên carbon
Vulcan XC-72R, với tiền chất là axit Chloplatinic (H
2
PtCl
6
.6H
2
O), chất khử là
Etylen glycol trong các môi trƣờng pH từ 6,5 đên 11,3.
Xử dụng các phƣơng pháp phân tích hiện đại nhƣ XRD, FE-SEM, TEM,
BET.
 Bố cục
Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng 2: Thực nghiệm
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
4

CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU VÀ XÚC TÁC ĐIỆN
CỰC TRONG PIN NHIÊN LIỆU METANOL TRỰC TIẾP
1.1 Tổng quan về pin nhiên liệu

1.1.1 Khái niệm về pin nhiên liệu
Pin nhiên liệu là một hệ thống dùng để biến đổi trực tiếp hóa năng thành
điện năng bằng quá trình oxy hóa nguyên liệu.
Thành phần nguyên liệu trong pin nhiên liệu bao gồm nguồn cung cấp ion
nhƣ: hydro (H
2
), metan (CH
4
), metanol (CH
3
OH), etanol (C
2
H
5
OH)…và oxy lấy từ
không khí. Sản phẩm của quá trình chuyển hóa này gồm có nhiệt, điện năng, nƣớc
và khí cacbonic. Sau đây là một hệ thống đơn giản của pin nhiên liệu:

Hydro, metanol oxy



Điện + cacbonic nƣớc

Hình 1.1  mt pin nhiên liu
Nhƣ đã nói ở trên, pin nhiên liệu biến đổi trực tiếp hóa năng thành điện
năng thông qua phản ứng H
2
+ O
2

H
2
O + dòng điện, nhờ tác động của những
chất xúc tác nhƣ: màng platin nguyên chất, hỗn hợp platin với kim loại khác và một
số chất điện phân nhƣ kiềm, muối cacbonat, oxit rắn… bản chất thực sự của nó
tƣơng tự nhƣ pin điện hóa.
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển của pin nhiên liệu
Đầu thế kỷ XIX, đã có nhiều nhà khoa học đƣa ra khái niệm về pin nhiên
liệu tiêu biểu trong số đó là Humphry Davy.
Năm 1839, William Grove, một nhà hóa học, vật lý, luật sƣ và là ngƣời đầu
tiên phát minh ra Acqui khí (Gas battery). Ông đã tiến hành một loạt thí nghiệm mà
ông gọi nó là pin Volta khí, và cuối cùng đã chứng minh rằng dòng điện có thể


Pin nhiên liệu
5

đƣợc sản xuất từ một phản ứng điện hóa học giữa hydro và oxy trong một chất xúc
tác bạch kim (Platin).
Năm 1889, Charles Langer và Ludwig Mond đã tiếp tục phát triển thành
quả mà trƣớc đó William Grove đã làm đƣợc. Họ đã thay thế nguồn hydro bằng khí
than và họ cũng là những ngƣời đầu tiên đƣa ra thuật ngữ “Pin nhiên liệu” (Fuel
cell). Tuy nhiên, do còn nhiều hạn chế nên những nghiên cứu của họ không đƣợc
ứng dụng rộng rãi.
Năm 1932, Giáo sƣ Francis Bacon đã tiếp tục phát triển thêm mô hình
bằng cách thay thế điện cực Platin bằng Niken và thay chất điện giải axit sulphuric
bằng một chất ít ăn mòn là Kali hydroxyt (KOH). Ông đã đặt tên cho sản phẩm này
là pin Bacon (Bacon cell). Đây cũng là loại pin nhiên liệu kiềm đầu tiên.
Những năm 1950, một khái niệm rất mới là pin nhiên liệu màng trao đổi
proton (PEMFC) đã xuất hiện và trong giai đoạn này pin nhiên liệu thật sự đƣợc

nhiều lĩnh vực quan tâm hơn đặc biệt là lĩnh vực vũ trụ. Sở dĩ nhƣ vậy là do một số
nguyên nhân đã gặp phải khi sử dụng những nguồn năng lƣợng khác nhƣ trọng
lƣợng khá lớn của acquy, năng lƣợng hạt nhân thì nguy hiểm còn năng lƣợng mặt
trời thì vẫn còn khá mới lạ.
Vào những năm 1960, pin nhiên liệu đã đƣợc đƣa vào ứng dụng trong lĩnh
vực quân sự và nó đƣợc sử dụng để cung cấp điện trên những loại tàu ngầm thời đó.
Tiếp sau nó đƣợc Liên Xô đƣa vào chƣơng trình không gian có ngƣời lái.
Những năm 1970 đến 1980, ảnh hƣởng của cuộc khủng hoảng năng lƣợng
cùng với những nhận thức sâu sắc về việc bảo vệ môi trƣờng, đã thúc đẩy nhiều tổ
chức nghiên cứu và dùng pin nhiên liệu nhƣ một nguồn năng lƣợng hữu ích, nhằm
thay thế những loại năng lƣợng có chi phí rất cao và khả năng gây ô nhiễm môi
trƣờng lớn kia. DMFC cũng đã xuất hiện và phát triển trong khoảng thời gian này.
Đầu những năm 1990, pin nhiên liệu đã tiến lên thêm một bƣớc mới. Nếu
nhƣ trƣớc đây hầu nhƣ ứng dụng chủ yếu trong những lĩnh vực nông nghiệp và một
ít về không gian thì ở giai đoạn này nó đƣợc đƣa vào một lĩnh vực rất quan trọng đó
là công nghiệp. Giai đoạn cũng gắn liền với sự chuyển công nghệ từ PEMFC
6

(Proton exchange membrance fuel cell - PEMFC) sang SOFC (Solid oxide fuel cell
- SOFC), đồng thời cũng nhem nhóm lên khả năng thƣơng mại hóa trên thị trƣờng.
Ngày nay, nay pin nhiên liệu đã đƣợc thƣơng mại hóa sử sụng một cách
rộng rãi trong đời sống hằng ngày, hơn hết trong những phƣơng tiện đi lại. Nhiều
công ty sản xuất ôtô lớn trên thế giới đã đƣa ra những mẫu xe có sử dụng pin nhiên
liệu nhƣ: General Motor, Ford (Mỹ), Daimler Benz (Đức), Renaul (Pháp), Toyota,
Nissan, Honda (Nhật bản), Hyundai (Hàn Quốc)….Tuy vậy đến giai đoạn này,
việc phổ biến sử dụng rộng rãi loại “pin” mới này vẫn còn gặp một số trở ngại do sự
nghi ngờ về lợi nhuận của một số công ty về nó nhƣng chúng ta có quyền nghĩ đến
và hy vọng nhiều cơ hội hứa hẹn phát triển sẽ đƣợc mở ra trong tƣơng lai không xa.
1.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu
Sau đây là một hệ thống pin nhiên liệu cơ bản:

Hình 1.2 Cu to và nguyên lý làm vic ca pin nhiên liu
1.1.3.1 Cấu tạo
Một hệ thống pin nhiên liệu gồm có hai điện cực là anot (nơi xảy ra quá
trình oxy hóa) và catot (nơi xảy ra quá trình khử). Thông thƣờng hai điện cực đƣợc
làm từ những chất có khả năng dẫn điện cao nhƣ những kim loại hoặc cacbon.
Ở giữa hai điện cực là chất điện giải (Electrolyte), nó có tác dụng giúp vận
chuyển nhanh các ion từ điện cực này sang điện cực kia. Chất điện giải có nhiều
7

loại nhƣ axit, kiềm và cả muối nóng chảy tƣơng ứng với chúng là các dạng rắn, lỏng
hay cấu trúc màng. Loại màng đƣợc dùng là Nafion với mục đích để cho các ion
thích hợp đi qua. Tùy vào mục đích và thời đại, ngƣời ta sẽ chọn ra loại tối ƣu nhất.
Ngoài ra còn một lớp xúc tác giúp tăng tốc độ phản ứng. Chất xúc tác có thể
đƣợc đặt ở giữa dung dịch điện phân và các điện cực. Trƣờng hợp khác, ngƣời ta có
thể dùng nó trực tiếp nhƣ một điện cực hoặc phủ trên bề mặt của điện cực tùy thuộc
vào từng loại pin nhiên liệu khác nhau. Chất xúc tác không chỉ có tác dụng làm tăng
tốc độ phản ứng mà còn làm giảm đi năng lƣợng hoạt hóa của quá trình hóa học.
Thông thƣờng, ngƣời ta dùng platin hoặc các hợp kim của platin với kim loại nhƣ
Ni, Ru, Co…, làm chất xúc tác.
1.1.3.2 Nguyên lý hoạt động
Tuy có nhiều loại pin nhiên liệu khác nhau nhƣng nhìn chung nguyên lý
hoạt động của chúng đều có chung những nét tƣơng đồng nhƣ:
Nhiên liệu đi vào ở cực âm (Anot), nơi đây sẽ diễn ra quá trình oxy hóa để
tạo thành các ion hydro (H
+
) và electron (e
-
). Khi tiếp xúc với lớp màng nơi điện
cực thì chỉ duy nhất các ion hydro hay còn gọi là proton đi xuyên trực tiếp từ anot

sang catot, còn các electron thì bị giữ lại và phải đi theo một hệ thống dây dẫn để
qua catot. Chính do sự di chuyển nhƣ vậy mà sinh ra dòng điện một chiều. Dòng
điện này sẽ di chuyển tử catot sang anot, vì vậy nên gọi catot là cực dƣơng còn anot
là cực âm. Cũng trong thời gian đó, khí oxy đƣợc lấy từ không khí cũng đi vào cực
dƣơng (Catot). Sau khi tiến đến gần cực dƣơng khí oxy này sẽ tiếp xúc và nhận các
electron để hình thành nên các ion oxy (O
2-
). Tùy vào từng loại pin nhiên liệu mà
các ion oxy này có thể sử dụng với mục đích khác nhau. Chúng có thể trực tiếp tác
dụng với ion hydro ở cực dƣơng để tạo thành nƣớc, hoặc đi xuyên qua lớp màng ở
điện cực dƣơng tiến đến các ion hydro ở cực âm và tạo ra nƣớc. Ở một số pin nhiên
liệu sử dụng nguồn nhiên liệu là Metanol (CH
3
OH), Metan (CH
4
) thì sản phẩm cuối
đƣợc tạo ra có thêm Cacbonic (CO
2
). Nhƣng lƣợng khí Cacbonic đƣợc tạo ra thấp
hơn rất nhiều lần so với lƣợng khí này thải ra ở động cơ đốt trong.

8

1.1.4 Hệ thống pin nhiên liệu

Hình 1.3  mt h thng pin nhiên liu
Các bộ phận chính trong một hệ thống pin nhiên liệu bao gồm:
+ Bộ xử lý nhiên liệu (Fuel Processor): bộ xử lý này có tác dụng chuyển đổi
những khí hay những dạng nhiên liệu lỏng hoặc thành nguồn nguyên liệu thích hợp
cho quá trình hoạt động của pin. Ngoài ra, khi có bộ xử lý này chúng ta có thể yên

tâm hơn về nguồn nhiên liệu vì khi qua bộ xử lý sẽ loại bỏ đi thành phần có hại và
làm sạch nguồn nhiên liệu hơn.
+ Thiết bị biến đổi năng lƣợng (Power Section): thiết bị này dùng để biến
nguồn hóa năng thành điện năng. Cấu tạo của bộ phận này gồm nhiều hệ thống pin
nhiên liệu đơn đƣợc nối ghép với nhau còn gọi là cụm pin nhiên liệu (Fuel cell
stacks).
+ Bộ điều hòa công suất (Power conditioner): dòng điện đƣợc tạo ra trong
pin nhiên liệu không thể sử dụng trực tiếp cho tải điện đƣợc nhƣng cần phải có một
thiết bị chuyển hóa thành dòng điện trƣớc khi sử dụng. Ngày nay, ngƣời ta thƣờng
dùng bộ nghịch lƣu để chuyển từ dòng một chiều thành dòng xoay chiều để sử
dụng.
9

+ Bộ phận thu hồi nhiệt đƣợc lắp đặt nhằm mục đích tận dụng triệt để lƣợng
nhiệt đƣợc sinh ra trong pin nhiên liệu. Chúng có thể đƣợc dùng để làm nóng nƣớc
hoặc tiếp tục chuyển thành điện năng thông qua các turbin hay một thiết bị nào có
chức năng tƣơng tự.
Ngoài những thiết bị đƣợc kể trên còn một số thiết bị phụ chƣa đƣợc kể
nhƣ: hệ thống xử lý độ ẩm, nhiệt độ, áp suất khí và cả nƣớc thải khi qua pin nhiên
liệu. Một số yếu tố cần quan tâm khi thiết kế một hệ thống pin nhiên liệu là loại pin
nhiên liệu, loại nhiên liệu, điều kiện làm việc và lĩnh vực sử dụng.
1.1.5 Phân loại pin nhiên liệu
Ngƣời ta phân loại pin nhiên liệu theo điện cực hoặc chất xúc tác nhƣng
thông dụng nhất vẫn là theo loại chất điện giải. Sau đây là một số loại pin nhiên liệu
rất phổ biến:
1.1.5.1 Pin nhiên liệu axit phosphoric (Phosphoric acid fuel cell - PAFC)
PAFC xuất hiện và phát triển vào những năm 1970, sử dụng chất điện giải
là axit photphoric (H
3
PO

4
). Các điện cực đƣợc làm từ giấy cacbon với một lớp
màng Platin đƣợc phủ trên bề mặt. Hiệu suất pin nằm trong khoảng từ 40 - 80% và
nhiệt độ làm việc khá cao từ 120 – 250
o
C.
Các phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực:
Trên catot:
OHeHO
22
244 


Trên anot:

 eHH 442
2

Tổng quát:
OHOH
222
22 
+ điện năng + nhiệt năng.
1.1.5.2 Pin nhiên liệu cacbon nóng chảy (Molten carbonate fuel cell -
MCFC)
MCFC có hiệu suất làm việc cao nhất trong các loại pin nhƣ SOFC,
PEMFC và PAFC. Hiệu suất thông thƣờng của nó là 60% nhƣng nếu ta tận dụng tất
cả các lƣợng nhiệt sinh ra thì hiệu suất có thể lên tới 85%. Ngoài hiệu suất cao thì
nhiệt độ làm việc cũng cao không kém là từ 600 – 700
o

C.
10

Các phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực:
Trên catot:


2
322
242 COeOCO

Trên anot:

 eCOOHHCO 42222
222
2
3

Tổng quát:
OHOH
222
22 
+ điện năng + nhiệt năng.
1.1.5.3 Pin nhiên liệu kiềm (Alkaline fuel cell - AFC)
AFC là loại pin nhiên liệu đƣợc chế tạo và phát triển sớm nhất. Nó đã đƣợc
ứng dụng trong chƣơng trình không gian của NASA nhằm tạo ra điện và nƣớc phục
vụ trên những con tàu vũ trụ. Chất điện giải đƣợc sử dụng trong loại pin này là kali
hydroxit (KOH), nhiệt độ làm việc thấp khoảng từ 65 – 220
o
C nhƣng nhiệt độ điển

hình là 70
o
C. Do nhiệt độ làm việc thấp nên ta không cần thiết dùng Platin, một kim
loại quý hiếm và mắc tiền làm chất xúc ta nhƣng có thể dùng Nikel (Ni) thay thế.
Các phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực:
Trên catot:

 OHeOHO 442
22

Trên anot:

 eOHOHH 4442
22

Tổng quát:
OHOH
222
22 
+ điện năng + nhiệt năng.
1.1.5.4 Pin nhiên liệu màng trao đổi prton (Proton exchange membrance
fuel cell - PEMFC)
PEMFC xuất hiện vào những năm 1980. Điểm khác biệt so với các loại pin
nhiên liệu khác là việc nó sử dụng chính lớp màng rắn có tính axit và nƣớc làm chất
điện giải với điện cực làm bằng Platin. Hiệu suất pin nằm trong khoảng từ 40 - 50%
và nhiệt độ làm việc dƣới 120
o
C. Nguồn nguyên liệu chính sử dụng là hydro nguyên
chất. Ngoài ra, chúng ta còn biết thêm một dạng khác của PEMFC nhiệt độ cao nhờ
thay thế nƣớc bằng một dung dịch axit-bazơ vô cơ.

Các phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực:
Trên catot:
OHeHO
22
244 


Trên anot:

 eHH 442
2

Tổng quát:
OHOH
222
22 
+ điện năng + nhiệt năng.
11

1.1.5.5 Pin nhiên liệu methanol trực tiếp (Direct methanol fuel cell -
DMFC)
DMFC xuất hiện cùng một thời điểm với PEMFC và nó cũng có 2 dạng là
kiểu axit và bazơ. Nếu ở kiểu axit CO
2
đƣợc lấy ra ngoài hết thì ở kiểu bazơ CO
2

vẫn còn giữ lại bởi natri hoăc kali hydroxit ở dạng cacbonat trung tính. Nhiệt độ làm
việc khoảng 27 - 120
o

C.
Các phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực:
Trên anot:

 eHCOOHOHCH 66
223

Trên catot:
OHeHO
22
366
2
3



Tổng quát:
OHCOOOHCH
2223
2
2
3

+ điện năng + nhiệt năng.
1.1.5.6 Pin nhiên liệu oxit rắn (Solid oxide fuel cell - SOFC)
Vào những năm 1990, một sự chuyển giao công nghệ đã hình thành từ loại
pin PEMFC vẫn đang thịnh hành sang SOFC, một loại pin có chất điện giải hoàn
toàn mới. Chất điện giải của pin là những lớp gốm nặng, không thấm (phổ biến nhất
là loại oxit bazơ của Zirconi. Với chất điện giải là một loại oxit rắn nên nhiệt độ làm
việc khá cao từ 600 – 1000

o
C. Hiệu suất pin nằm trong khoảng từ 70%. SOFC có
thể chia thành 3 loại dựa trên cấu hình phẳng, đồng phẳng và vi ống.
Các phản ứng hóa học xảy ra trên các điện cực:
Trên catot:
OHeHO
22
366
2
3



Trên anot:

 eHCOOHOHCH 66
223

Tổng quát:
OHCOOOHCH
2223
2
2
3

+ điện năng + nhiệt năng.


12

1.1.6 Một số ƣu nhƣợc điểm của pin nhiên liệu
1.1.6.1 Ƣu điểm
Pin nhiên liệu có khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng thấp hơn rất nhiều so
với những động cơ nhiệt. Nguyên nhân này có thể đƣợc giải thích do nguồn nguyên
liệu “sạch” là hydro nên khi tạo ra sản phẩm chỉ là nhiệt và nƣớc. Hơn nữa, nếu
nguyên liệu đầu vào là metanol thì sản phẩm có thêm một lƣợng khí cacbonic
nhƣng lƣợng này khá nhỏ để có thể gây ô nhiễm môi trƣờng.
Hiệu suất làm việc của pin nhiên liệu cao (trên 50%) so với những thiết bị
sản xuất điện khác. Đối với các động cơ nhiệt, chẳng hạn nhƣ động cơ đốt trong và
tua bin khí, năng lƣợng hóa học đƣợc chuyển thành nhiệt bằng cách đốt cháy và sử
dụng nhiệt này để làm công có ích, hiệu suất nhiệt động học của chúng bị giới hạn
bởi hiệu suất nhiệt của chu trình Catot. Còn đối với pin nhiên liệu thì không có quá
trình cháy tạo nhiệt nên không bị giới hạn bởi chu trình Catot thêm vào đó nó còn
hoạt động ở nhiệt độ thấp.

Hình 1.4 Hiu sut ca pin nhiên liu so vi mt s thit b t n
khác
Sử dụng pin nhiên liệu giúp ta tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí về nguồn
nguyên liệu hơn. Nhƣ ta biết thì nguồn nguyên liệu chính là khí hydro và oxy có sẵn
trong không khí, cao hơn nữa cũng là metanol, etanol nếu so với những nguồn
13

nguyên liệu hóa thạch mà các thiết bị sản xuất điện khác sử dụng thì không đáng kể.
Nhất là khi mà nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt và chi phí trên thị
trƣờng luôn biến động thất thƣờng.
Sử dụng pin nhiên liệu có thể giúp chúng ta chủ động hơn trong việc tạo ra
điện ở mọi nơi mọi lúc khi ta cung cấp đầy đủ nhiên liệu. Trong khi với những hệ
thống dùng gió hay năng lƣợng mặt trời thì rất thụ động trong vấn đề này.
Việc sử dụng pin nhiên liệu cũng giúp chúng ta giảm thiểu đi lƣợng tiếng
ồn sinh ra. Nhƣ mô hình tổng quát về pin thì chúng không sử dụng động cơ nhƣng

chỉ với hai điện cực để thực hiện quá trình oxy hóa nguyên liệu.
Pin nhiên liệu đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực bệnh viện,
các phƣơng tiện vận chuyển, trạm không gian, khách sạn, các nhu cầu sinh hoạt của
con ngƣời….
1.1.6.2 Nhƣợc điểm
Một nhƣợc điểm lớn mà chúng ta đang gặp phải khi sử dụng là chi phí cho
một hệ thống pin nhiên liệu rất cao. Chẳng hạn hệ thống pin nhiên liệu loại màng
khoảng 20.000 $ trên một đơn vị KW.
Hiện nay chúng ta cũng đang gặp khó khăn trong việc xây dựng cơ sở hạ
tầng để phục vụ cho việc tiếp nhiên liệu cho hệ thống pin.
Một vấn đề khác khiến nhiều ngƣời chƣa mạnh dạn sử dụng pin nhiên liệu
là do tuổi thọ của nó chƣa cao, còn phụ thuộc nhiều vào độ bền của chất xúc tác và
màng trao đổi proton. Nhƣng chúng ta có thể hy vọng trong tƣơng lai sẽ xuất hiện
một loại pin nhiên liệu có tuổi thọ lên tới 40000 giờ.
1.2 Pin nhiên liệu Metanol trực tiếp
1.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển của pin nhiên liệu methanol trực tiếp
Quá trình oxy hóa metanol đã đƣợc khám phá đầu tiên bởi E.Muller vào
năm 1922. Tuy vậy nhƣng cũng phải mãi đến những năm 1950 thì khái niệm về pin
nhiên liệu metanol trực tiếp mới đƣợc 2 nhà khoa học Kordesch và Marko nghiên
cứu. Ở giai đoạn này dung dịch kiềm đƣợc dùng làm chất điện phân sau này đƣợc
Parallel thay thế bằng một dung dịch axit thông thƣờng là axit sulphuric (H
2
SO
4
).
14

Qua một số phƣơng trình động học ông đã cho thấy rằng việc sử dụng kiềm rất có
lợi về mặt động học nhƣng dễ dàng tạo ra muối cacbonat (CO
3

2-
) nên ƣu tiên của
ông vẫn là axit. Chất xúc tác đƣợc sử dụng là platin cho quá trình oxy hóa metanol
và bạc (Ag) cho quá trình khử oxy.
Sau khi đã tìm ra những chất điện giải phù hợp thì nhiều nhà khoa học đã
chú ý và bắt đầu quan tâm đến chất xúc tác. Trong giai đoạn này chất xúc tác đƣợc
quan tâm là những hợp kim của platin nhƣ platin-thiếc (Pt-Sn) hay platin-rutin (Pt-
Ru). Đến những năm 1960, Watanabe và Motoo đã nghiên cứu thành công và mở ra
một tiền năng lớn cho việc sử dụng hợp kim Pt-Ru bằng cách gắn chúng trên dung
dịch rắn có cấu trúc lập phƣơng tâm diện (fcc). Trong những thập kỷ đầu mọi nỗ lực
hƣớng đến việc tìm ra và mở rộng thêm về lĩnh vực xúc tác trong số đó phải kể đến
Bagotzky và Vassilieo về việc dùng platin nguyên chất cho việc xúc tác.
Cuối những năm 1980 đến đầu những năm 1990 mọi nghiên cứu lại đƣợc
hƣớng đến cấu trúc, bề mặt và tính chất điện của hợp kim Pt-Ru. Trong nhóm
nghiên cứu này gồm có Goodenough, Hamnentt và Shukla. Công việc của họ không
chỉ tập trung vào chất xúc tác nhƣng còn về cấu trúc của điện cực.
1.2.2 Cấu tạo pin nhiên liệu methanol trực tiếp
Một hệ thống pin nhiên liệu metanol trực tiếp bao gồm 2 điện cực và ở giữa
là một lớp màng trao đổi ion. Những điện cực (anot và catot) đƣợc liên kết mật thiết
với bề mặt của lớp màng. Tại mỗi điện cực cũng đƣợc chia làm 3 lớp là: lớp xúc
tác, lớp khuếch tán và lớp bên trong (backing layer). Bề dày của các điện cực cũng
nhƣ lớp màng không quá 1mm.
Cấu tạo và công dụng của các bộ phận:
 Catot (Cathode)
Catot là một điện cực mà tại đó sẽ tiếp nhận và diễn ra quá trình khử oxy.
Tại catot cũng là nơi giúp các ion hydro và oxy kết hợp với nhau và tạo thành nƣớc.
 Anot (Anode)
Anot cũng là một điện cực có cấu tạo và hình dạng giống nhƣ catot. Nó là
nơi tiếp nhận nguồn nguyên liệu giàu ion hydro và cũng giống nhƣ một lớp màng