Nghiên cứu khả năng ứng dụng pin nhiên liệu trên các phương tiện giao thông tại việt nam

iv

TÓM TẮT
Bố cục của luận văn được thể hiện trong 6 chương, trong đó nội dung chính
được thể hiện rõ qua chương 2, 3, 4 và chương 5. Nội dung của toàn luận văn
được tóm tắt như sau:
+ Lý do chọn đề tài, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, tính khoa học
và thực tiễn của đề tài, nhiệm vụ nghiên cứu, giới hạn và phương pháp nghiên cứu
đề tài.
+ Giới thiệu tổng quan về lịch sử hình thành và phát triển công nghệ pin
nhiên liệu, tầm quan trọng của hydrogen và vấn đề lưu trữ.
+ Khái quát kết cấu, nguyên lý hoạt động và các đặc tính của các công nghệ
pin nhiên liệu sử dụng phổ biến trên các phương tiện giao thông và các lĩnh vực
quan trọng khác.
+ Tính toán các chỉ tiêu đánh giá pin nhiên liệu: suất điện động thuận nghịch,
nhiệt động học, công suất, sự tiêu thụ nhiên liệu và chất oxy hóa, sự tác động của
pin đến môi trường, chi phí chế tạo và độ bền sử dụng pin.
+ Khái quát và phân loại ôtô pin nhiên liệu, nghiên cứu chi tiết về kết cấu và
nguyên lý hoạt động các bộ phận cấu thành nên ôtô pin nhiên liệu, các phương án
bố trí hệ thống truyền lực trên ôtô pin nhiên liệu, quá trình hoạt động của hệ thống
ở các chế độ khác nhau.
+ So sánh và đánh giá hiệu suất sử dụng năng lượng của ôtô sử dụng pin
nhiên liệu với các loại ôtô khác ; kết thúc luận văn là phần kết luận và các kiến
nghị nhằm phát triển để làm nội dung về công nghệ pin nhiên liệu mới hơn, sâu
hơn.





v

ABSTRACT
The layout of thesis is showed in six chapters, in which main content is
showed in chapter 2, 3, 4 and chapter 5. The contents of the thesis can be
summarized as follows:
+ The reason to choose this topic, in country an overseas research
achivements, scientific and practical subject, research tasks, limits and research
methodology.
+ General introduction of the history and development of fuel cell
technology, the importance of hydrogen and storage problems.
+ Structural overview, principle of operation and characteristics of fuel cell
technologies in common use in the transportation and other important fields.
+ Calculation of performance of fuel cell: reversible electromotive force,
thermodynamics, power, the fuel and oxidizer, impact of fuel cell to the
environment, the cost of manufacture and durability of battery.
+ Overview and classfication of automotive fuel cells, detail research on the
structure and operation of principles of the components vehicles fuel cell, the
plans on the drivetrain on a car fuel cell, operation of the system in different
modes.
+ Compare and evaluate the energy efficiency of vehicles use fuel cell with
other automotive fuels; end of the thesis is the conclusion and recommendations
to for future development.


vi
MỤCăLỤC
Trang tựa TRANG
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii

Cảm tạ iii
Tóm tắt iv
Mục lục vi
Danh sách các chữ viết tắt vi
Danh sách các hình vii
Danh sách các bảng viii
Chưngă1.ăTỔNGăQUAN 1
1.1
Đặt vấn đề 1
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 3
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 3
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 6
1.3 Cơ sở khoa học và thực tiễn đề tài 7
1.3.1 Cơ sở khoa học 7
1.3.2 Tính thực tiễn đề tài 7
1.4 Mục đích nghiên cứu 7
1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn đề tài 8
1.5.1 Nhiệm vụ nghiên cứu 8
1.5.2 Giới hạn đề tài 8
1.6 Phương pháp nghiên cứu 8
Chưngă2. CăSỞăLÝăTHUYẾT 9
2.1 Tổng quan về pin nhiên liệu 9
2.1.1 Khái niệm 9
2.1.2 Lịch sử phát triển 10
2.1.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 13
2.1.3.1 Cấu tạo chung của pin nhiên liệu đơn giản 13
2.1.3.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản 13
2.1.4 Cụm pin nhiên liệu và hệ thống pin nhiên liệu 15
2.1.4.1 Cụm pin nhiên liệu 15
2.1.4.2 Hệ thống pin nhiên liệu 16

2.2 Hydrogen và vấn đề cung cấp nhiên liệu 17
2.2.1 Lợi ích của nền kinh tế hydro 17
2.2.2 Cung cấp nhiên liệu 19
ix

2.2.2.1 Sự sản xuất hydrogen 19
2.2.2.2 Sự dự trữ hydrogen 22
2.2.3 Vấn đề an toàn khi sử dụng hydrogen 29
2.2.4 u và nhược điểm pin nhiên liệu 30
2.2.4.1 u điểm 30
2.2.4.2 Nhược điểm 32
2.2.5 Phạm vi ứng dụng của pin nhiên liệu 32
2.2.5.1 Các ứng dụng cầm tay 33
2.2.5.2 Các ứng dụng tĩnh tại 33
2.2.5.3 ng dụng trên lĩnh vực giao thông vận tải 34
Chưngă3. CỄCăCỌNGăNGHăPINăNHIểNăLIU 36
3.1 Phân loại pin nhiên liệu 36
3.2 Các kiểu pin nhiên liệu chính 37
3.2.1 Pin nhiên liệu kiềm (AFC) 37
3.2.1.1 Cấu tạo 37
3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động 38
3.2.1.3 Các đặc điểm 38
3.2.2 Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) 39
3.2.2.1 Cấu tạo 40
3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động 42
3.2.2.3 nh hưởng của áp suất, nhiệt độ và độ ẩm 43
3.2.3 Pin nhiên liệu axit phosphoric (PAFC) 45
3.2.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 46
3.2.3.2 Các đặc điểm 47
3.2.4 Pin nhiên liệu muối cacbonate nóng chảy (MCFC) 48

3.2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 48
3.2.4.2 Các đặc điểm 50
3.2.5 Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) 51
3.2.5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 51
3.2.5.2 Các đặc tính 52
3.2.6 Pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (DMFC) 53
3.2.6.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 53
3.2.6.2 Các đặc tính 54
Chưngă4:ăCỄCăCHăTIểUăĐỄNHăGIỄăPINăNHIểNăLIU 58
4.1 Suất điện động thuận nghịch của pin nhiên liệu 58
4.2 Nhiệt động học của pin nhiên liệu 61
4.2.1 Hiệu suất lý tưởng (
lt

) 61
4.2.2 Hiệu suất điện áp 62
4.2.2.1 Sụt áp do kích hoạt 62
vii

4.2.2.2 Sụt áp do điện trở trong pin 63
4.2.2.3 Sụt áp do nồng độ các chất tham gia phản ứng 64
4.2.3 Hiệu suất sử dụng 65
4.2.4 Hiệu suất tổng quát 65
4.3 Công suất của pin nhiên liệu 66
4.3.1 Năng lượng chuyển đổi của pin nhiên liệu 66
4.3.2 Dòng điện do pin nhiên liệu phóng ra 67
4.3.3 Các đường cong đặc tính của pin nhiên liệu 69
4.4 Sự tiêu thụ nhiên liệu và chất oxy hóa 71
4.5 Sự tác động của pin nhiên liệu đến môi trường 72
4.6 Chi phí chế tạo và độ bền sử dụng của pin nhiên liệu 74

4.6.1 Chi phí chế tạo pin nhiên liệu 74
4.6.2 Độ bền sử dụng pin nhiên liệu 77
4.6.2.1 Sự tinh khiết của phản ứng 77
4.6.2.2 Kiểm soát độ ẩm 78
4.6.2.3 Kiểm soát nhiệt độ 80
4.7 Đánh giá chu kỳ tuổi thọ của pin nhiên liệu 80
Chưngă5.ăỨNGăDỤNGăPINăNHIểNăLIUăTRểNăỌ TÔ 83
5.1 Khái quát về ô tô pin nhiên liệu 83
5.2 Phân loại ô tô pin nhiên liệu 85
5.2.1 Ô tô pin nhiên liệu sử dụng nhiên liệu thứ cấp 86
5.2.2 Ô tô pin nhiên liệu sử dụng nhiên liệu hydro trực tiếp 86
5.3 Các thành phần chính của ô tô pin nhiên liệu 86
5.3.1 Hệ thống pin nhiên liệu 86
5.3.2 Thùng chứa nhiên liệu 87
5.3.3 Bộ chuyển đổi nhiên liệu (thiết bị tạo ra hydro) 88
5.3.4 Nguồn công suất cực đại 90
5.3.4.1 Accu 90
5.3.4.2 Siêu tụ 90
5.3.5 Động cơ điện 93
5.3.5.1 Dải điều chỉnh tốc độ (phạm vi điều chỉnh tốc độ) 93
5.3.5.2 Độ trơn khi điều chỉnh tốc độ 93
5.3.5.3 Độ ổn định tốc độ (độ cứng của đặc tính cơ) 94
5.3.5.4 Sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh và đặc tính tải 94
5.3.6 Bộ chuyển đổi điện 94
5.4 Bố trí hệ thống truyền lực trên ô tô pin nhiên liệu 95
5.5 Hoạt động của ô tô pin nhiên liệu 96
5.5.1 Chế độ vận hành của ô tô pin nhiên liệu 96
5.5.1.1 Chế độ kéo lai 98
ix

5.5.1.2 Chế độ chỉ có pin nhiên liệu kéo xe 98
5.5.1.3 Chế độ chỉ có PPS kéo xe 99
5.5.1.4 Chế độ pin nhiên liệu vừa kéo xe vừa sạc cho PPS 100
5.5.1.5 Chế độ chỉ có phanh tái sinh 101
5.5.1.6 Chế độ phanh lai 101
5.5.2 Sự dao động năng lượng của PPS 103
5.6 So sánh hiệu suất năng lượng trên các loại ô tô 104
5.6.1 Hiệu suất năng lượng của ô tô sử dụng động cơ xăng 105
5.6.2 Hiệu suất năng lượng của ô tô lai điện 106
5.6.3 Hiệu suất năng lượng của ô tô điện 106
5.6.4 Hiệu suất năng lượng của ô tô pin nhiên liệu 106
Chưngă6.ăKẾTăLUẬNăVÀăKIẾNăNGHỊ 108
6.1 Kết luận 108
6.2 Kiến nghị 109
TÀIăLIUăTHAMăKHO 111





x

DANH MỤC T VIẾT TT
Từ vit tắt Ting anh Giiănghĩaăting vit
Accu c quy
Anode Cực dương
Cathode Cực âm
Electrolyte Chất điện phân
Fuel Cell Pin nhiên liệu
Garage Ga ra, nhà đỗ xe

Load Tải
Module Mô đun
Motor Mô tơ
Rotor Rô tơ
AFC Alkaline Fuel Cell Pin nhiên liệu kiềm
ATR Autothermal Reforming Tinh chế lại bằng nhiệt tự động
DMFC Direct Methanol Fuel Cell Pin nhiên liệu dùng methanol
trực tiếp
DGE Gas Diffusion Electrode Điện cực phân tán khí
HHV Higher Heating Valule Nhiệt trị cao
IC Internal Combustion Đốt trong
LHV Lower Heating Valule Nhiệt trị thấp
MCFC Molten Carbonate Fuel Cell Pin nhiên liệu muối carbonate
nóng chảy
PAFC Phosphoric Acid Fuel Cell Pin nhiên liệu axit phosphoric
PEMFC Polymer Electrolyte Pin nhiên liệu dùng màng
Membrane Fuel Cell điện phân
POX Partial Oxidation Quá trình oxy hóa không
hoàn toàn
xi

PSA Pressure Swing Absorption Độ hấp thụ áp lực
PPS Peaking Power Source Nguồn công suất cực đại
System hệ thống
RFC Regenerative Fuel Cell Pin nhiên liệu tái sinh
ZAFC Zinc-Air Fuel Cell Pin nhiên liệu kẽm/không khí
SOFC Solid Oxide Fuel Cell Pin nhiên liệu oxit rắn
SR Steam Reforming Tinh chế lại bằng hơi
w/ CCS Wood Gỗ
Carbon Capture and Storge Thu giữ và loại bỏ cacbon

w/o CCS Wood/oil Gỗ/dầu
Carbon Capture and Storge Thu giữ và loại bỏ cacbon
UTC United Technologies Công nghệ tổng hợp











xii

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH
TRANG
Hình 1.1: Biểu đồ thống kê số lượng xe tại Việt Nam 2
Hình 1.2: Mẫu xe mang tên B-Class F-Cell 5
Hình 2.1: Sơ đồ mô tả quá trình chuyển đổi năng lượng pin nhiên liệu 9
Hình 2.2: Quá trình tạo ra dòng điện của pin nhiên liệu 9
Hình 2.3: Mô hình thí nghiệm của Sir William Robert Grove 11
Hình 2.4: Mô phỏng cấu tạo chung của pin nhiên liệu 13
Hình 2.5: Sơ đồ cấu tạo của cụm pin nhiên liệu 16
Hình 2.6: Sơ đồ khối của một hệ thống pin nhiên liệu 16
Hình 2.7: Hệ thống chế biến nhiên liệu từ quá trình tinh chế bằng POX 21
Hình 2.8: Năng lượng, khối lượng và thể tích nhiên liệu theo áp suất 23

Hình 2.9: Khối lượng và thể tích cần thiết để tích trữ 6 kg hydrogen 27
Hình 2.10: Mô hình lưu chứa hydro trong ống carbon nano rỗng 28
Hình 2.11: Đám cháy giữa xe chạy bằng hydro và xe chạy bằng xăng 29
Hình 2.12: Ngọn lửa cháy của hydrocarbon (mũi tên đỏ bên trái) so với 30
ngọn lửa cháy của hydro (vòng tròn màu xanh bên phải)
Hình 2.13: Hiệu suất và công suất sử dụng các nhiên liệu trên ô tô 31
Hình 2.14: Pin nhiên liệu ứng dụng trên các thiết bị cầm tay 33
Hình 2.15: Pin nhiên liệu ứng dụng trong nhà máy điện 33
Hình 2.16: Pin nhiên liệu ứng dụng trên xe buýt 34
Hình 2.17: Pin nhiên liệu ứng dụng trên xe gắn máy và xe cơ giới 34
Hình 2.18: Pin nhiên liệu ứng dụng trên máy bay và du thuyền 35
Hình 3.1: Kết cấu của pin nhiên liệu AFC 38
Hình 3.2: Taxi đầu tiên sử dụng pin nhiên liệu 39
Hình 3.3: Cấu tạo pin nhiên liệu dùng màng điện phân polymer 40
xiii

Hình 3.4: Sơ đồ bố trí các thành phần của PEMFC đơn 41
Hình 3.5: Bộ làm ẩm 42
Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động của pin PEMFC 43
Hình 3.7: nh hưởng của nhiệt độ đến điện áp pin PEMFC 44
Hình 3.8: Nguyên lý hoạt động của pin PAFC 46
Hình 3.9: Nhà máy phát điện bằng PAFC đầu tiên ở Đức 48
Hình 3.10: Kết cấu và nguyên lý hoạt động pin MCFC 49
Hình 3.11: Nhà máy công nghiệp sử dụng pin MCFC 50
Hình 3.12: Kết cấu và nguyên lý hoạt động pin SOFC 51
Hình 3.13: Kết cấu và nguyên lý hoạt động pin DMFC 53
Hình 3.14: Phi thuyền cánh buồm Helios sử dụng pin nhiên liệu tái sinh 55
Hình 3.15: Hệthống pin mặt trời và pin nhiên liệu tích hợp trên Helios 56
Hình 3.16: Kết cấu và nguyên lý hoạt động pin ZAFC 56
Hình 4.1: Đồ thị biểu diễn sự sụt áp của pin nhiên liệu 62

Hình 4.2: Đường cong điện áp của pin phụ thuộc vào mật độ dòng 67
Hình 4.3: Đường cong đặc tính V-A của pin nhiên liệu 69
Hình 4.4: Đường cong đặc tính P-A của pin nhiên liệu 70
Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn đặc tính V-A, P-A của pin nhiên liệu 70
Hình 4.6: Biểu đồ so sánh mức khí thải CO
2
của một số loại ô tô 73
Hình 4.7: Đồ thị thể hiện phần trăm chi phí chế tạo pin nhiên liệu 74
Hình 4.8: Đồ thị thể hiện phần trăm chi phí điện cực bằng bạch kim 75
Hình 4.9: Biểu đồ thể hiện chi phí vật liệu, giá thành 75
chế tạo pin nhiên liệu phụ thuộc vào thành phần bạch kim
Hình 4.10: Dự đoán chi phí chế tạo một pin nhiên liệu đến năm 2012 76
Hình 4.11: Mô hình tương tác 3 giai đoạn ở lớp xúc tác 79
Hình 5.1: Sơ đồ bố trí các bộ phận trên ô tô pin nhiên liệu 82
Hình 5.2: Hệ thống truyền động của một ô tô pin nhiên liệu điển hình 85
Hình 5.3: Ô tô pin nhiên liệu sử dụng nhiên liệu thứ cấp (a) và 85
ô tô pin nhiên liệu sử dụng hydro trực tiếp
xiv

Hình 5.4: Bình chứa Quantum có thể tích nén đến gần 69 bar 87
Hình 5.5: Cấu tạo bình chứa hydro lỏng 88
Hình 5.6: Cấu tạo của bộ chuyển đổi nhiên liệu 89
Hình 5.7: Nguyên lý hoạt động của siêu tụ 91
Hình 5.8: Một siêu tụ điển hình 92
Hình 5.9: Các phương án bố trí hệ thống truyền lực 95
Hình 5.10: Sơ đồ truyền công suất ở chế độ kéo lai 98
Hình 5.11: Sơ đồ truyền công suất ở chế độ chỉ có pin nhiên liệu kéo 99
Hình 5.12: Sơ đồ truyền công suất ở chế độ PPS kéo 99
Hình 5.13: Sơ đồ truyền công suất ở chế độ pin 100
nhiên liệu vừa kéo vừa sạc cho PPS

Hình 5.14: Sơ đồ truyền công suất ở chế độ chỉ có phanh tái sinh 101
Hình 5.15: Sơ đồ thuật toán điều khiển pin nhiên liệu 102
Hình 5.16: Biểu đồ tốc độ xe, công suất pin nhiên liệu, 103
công suất PPS và sự thay đổi năng lượng của PPS
Hình 5.17: Sự thay đổi năng lượng của PPS trong chế độ chỉ có PPS kéo 104
Hình 5.18: So sánh hiệu suất năng lượng các loại ô tô 105




xv

DANH SÁCH CÁC BNG
BNG TRANG
Bng 2.1: Mật độ lý thuyết hygrogen tích lũy bằng 26
phương pháp nén, hóa lỏng, và hydrua kim loại
Bng 3.1: Tóm tắt đặc điểm của các loại pin nhiên liệu chính 57
Bng 4.1: Bảng biến thiên enthalpy, entropy và 60
năng lượng tự do Gibbs ở điều kiện tiêu chuẩn
Bng 4.2: Bảng thể hiện các thông số nhiệt động học 60
của một số phản ứng ở điều kiện tiêu chuẩn
Bng 4.3: Bảng mật độ dòng điện i
0
ứng 63
với từng vật liệu làm chất xúc tác
Bng 5.1: Các thông số tiêu biểu của một vài loại accu ứng dụng trên ô tô 90
Bng 5.2: So sánh các thông số của accu và siêu tụ 92

Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

1
Chưngă1
TNGăQUAN

1.1
ĐT VN Đ
Cóă thểă khẳngă đnh,ă că thăgiớiăđangă bă phăthuộcănặngănềă vƠoă mộtănềnă
kinhătă nhiênăliuăhóaă thạch.ă Nhiênă liuăđaăsă sửădngătrênăcácă phngă tină
giaoăthôngănhăxe,ătƠuălửa,ămáyăbay,…lƠăxĕngădầu.ăHnănữa,ămộtătălăkháăcao
cácănhƠă máyă đinădùngădầuă ha,ăkhíă thiênănhiênăhayăthană đá.ă Nuă khôngăcóă
nhiênăliuăhóaăthạchăthìănềnăkinhătăcǜngănhăphngătiênăgiaoăthôngăvnătiă
săriăvƠoăkhngăhong,ăngngătr.ăHayănóiăcáchăkhác,ătoƠnăbộăxƣăhộiăhinăđạiă
ngƠyănayăđềuăphăthuộcăvƠo nhiênăliuăhóaăthạch.
ThăgiớiăđangălơmăvƠo tìnhătrạngăkhngăhongăngunănhiênăliuătruyềnăthng,ă
theo dựăbáoăcaăCăquanăNĕngălng Qucăt,ăvớiătcăđộăkhaiăthácăvƠătiêuăthănĕngă
lngătruyềnăthngăgiaătĕngănhăhinănayăthìăcácăsnăphẩmătừădầuăm (xĕng,ădầu)ăsă
chínhăthựcăcạnăkităkhongăhnă30ănĕmănữa.ăMặtăkhác,ăgiáădầuămăkhôngăngừngăleoă
thang,ănhăhngătrựcătip đnăđiăsng, kinhătăcaăngiădơn,ănhăhngăkhôngă
nhăđnăhoạtăđộngăsnăxut,ăkinhădoanhăcaăcácătăchc,ădoanhănghip,…
Sựăôănhimămôiătrng giaătĕng nhăhinănayăchăyuălƠădoăkhíăthiătừăcácă
phngătinăgiaoăthôngăcăgiới,ăchtălngăkhôngăkhíăhinănayăđangălƠăhiăchuôngă
báoăđộng.ăKhíăthiătừăcácăphngătinăsửădngăđộngăcăđtătrongăbaoăgmăcácăchtăôă
nhimătrongăkhíăx vƠătingănădoăđộngăcăgơyăra đƣănhăhngătrựcătipăđnăscă
kheăcaăconăngiănhăcácăbnhμăcăthểăbăthiuăôxy,ănhcăđầu,ăbunănôn, khóăthể,
suyăhôăhp,ăgơyăriăloạnăthầnăkinh,ălƠmătrẻăemăchmăphátătriển,… Theo thng kê

ca Tă chc Y tă Thă giới, hinăkhuăvực Đôngă Nam Á và Thái Bình Dng mi
nĕm có khongăhn 530.000 ngi cht vì các bnh liênă quană đnă đngă hô
hp do ô nhim không khí.
Khíă xă từă độngă că đtă trongă trênă cácă phngă tină giaoă thôngă că giớiă
khôngăchălƠănguyênănhơnăchínhăgơyăraăôănhimămôiătrngămƠăcònălƠmătĕngă
nhităđộăkhíăquyển,ăgơyăraăhiuăngănhƠăkínhăvƠănhăhng trựcătipăđnămôiă
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

2
trngăsinhăthái.
Hină nay,ă să lngă phngă tină giaoă thôngă că giớiă trênă thă giớiă nóiă
chungăvƠăVităNamănóiăriêngălƠărtălớn,ăcăthểăăVităNamătheoăthng kê caă
căquanăchcă nĕngăthìăsălngă ô tô vƠăxeăgnămáyăđangăluăthông tạmătínhă
đnănĕmă2007ăđcăthểăhinăquaăbiểuăđ:











Hình 1.1. Biểu đồ thống kê số lượng xe ti Việt Nam
MộtăvnăđềăkhácăđặtăraălƠăvicăsửădngănhiênăliuăxĕng,ădầuătừădầuămăăcác
độngăcăđtătrongămangălạiăhiuăsutărtăthp.ăTheoătínhătoán, độngăcăxĕngăchăđạtă
hiuăsutătừă30%ăđnă35%ăvƠătừă50%ăđnă60%ăđiăvớiăđộngăcăsửădngăDiesel; do
đó, phầnălớnănhiênăliuăsửădngăchoăđộngăcăđtătrongăcháyăkhôngăht,ăgơyălƣng phí

trong khi giáăthƠnhăxĕngădầuăngƠyămộtăgiaătĕng.ăNgoƠiăra,ănhiênăliuăthtăthoátănƠyă
khiăthiăraăngoƠiălƠănguyênănhơnăchínhăgơyăôănhimămôiătrng,ăgơyăraăcácăcĕnăbnhă
nguy hiểm choăconăngi…
VyălƠmăthănƠoăđểăgiiăquytăđcătìnhăhìnhăđangăkhanăhimăngunănhiênăliuă
truyềnă thngă cǜngă nhă gimă ôă nhimă môiă trng,ă trongă đóă vnă đềă ôă nhimă môiă
trng rtăcpăbáchăvƠăđang đc cácăqucăgia quanătơmăhƠngăđầu.ăTrớcătìnhăhìnhă
đó,ăcácănhƠăsnăxutăô tô,ăxeămáy,ăcácătrngăđạiăhọc,ăcácăvinănghiênăcuăđƣăvƠă
đangătìmăraănhữngăgiiăphápăđểăkhcăphcăhayăhạnăchăđnămcătiăthiểuănhăhngă
caăôănhimădoănhữngăphngătinăgiaoăthôngăgơyăra, có thể kể đn các gii pháp:
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

3
- XửălýăbênătrongăđộngăcănhănghiênăcuăhoƠnăthinăquáătrìnhăcháyăvƠăhoƠnă
thinăktăcuăđộngăc.
- Sửădngăđộngăcăđin,ăđộngăcăhybrid.
- ĐtălạiăkhíăxăvƠălọcăcácăđộcătătừăkhíăx.
- Tìmăraăcácăngunănhiênăliuămới,ăsạchăkhôngăgơyăraăôănhimămôiătrngăhoặcă
nuă cóă thìă hƠmă lngă rtă nhănhă nhiênăliuăkhíă hóaă lngă LPG,ăkhíă thiênă nhiênă
CNG,ăcnăsinhăhọc,ănhiênăliuătừădầuăthựcăvtă(biodiesel),…
Trongăcácănhiênăliuămới, ítăgơyănhăhngăđnămôiătrngăvƠ đểăthayăthăchoă
nhiênăliuătruyềnăthngăsửădngăăđộngăcăđtătrong cóăthểăkểăđnăcôngănghăFuel
Cell hayăcònăgọiălƠăpin nhiên liu.ăVicăsửădng pin nhiênăliuăkhôngănhữngăgiiă
quytăđcăcácăvnăđềăđƣănêuătrênămƠăcònăgiiăquytăhƠngăloạtăcácănhcăđiểmămƠă
độngăcăđtătrongăgặpăphiănhμăgimătingăn,ăgimăktăcuăcácăchiătităquayătrên
xe, nâng cao hiuăsut,… Hinănay,ăkhông những các nớcătiênătinămà c các quc
gia đang phát triển đều quan tâm và đầu t nghiên cu giiăphápăhữuăíchămà công
ngh pin nhiên liu mang lại.
Từ thực t đƣ nêu, đề tài ắNghiên cu kh nĕng ng dng pin nhiên liu trên
các phng tiên giao thông tại Vit Nam”ăđƣ đc thực hin.
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NC

1.2.1 Tìnhăhìnhănghiênăcuăngoài nưc:
CácănớcătrênăthăgiớiăđƣăbtăđầuăluătơmăđnăcôngănghăpinănhiênăliuăvƠăxemă
đơy lƠăgiiăphápăthenăchtăchoănhữngăvnăđềălơuădƠiăvềăboăđmăanăninhănĕngălng,ă
boăvămôiătrngăvƠăphátătriểnăkinhătăcaăđtănớc. Doăđó,ănhữngăhpătácăqucătă
vƠăcôngătrìnhănghiênăcuăcôngăbăvềăcôngănghăpinănhiênănhiuăraăđi.ăMộtăsăcôngă
trìnhănghiênăcuătiêuăbiểuăvềăpinănhiênăliuăđƣăđcăcôngăbμ
- NgƠyă 08ă thángă λă nĕmă 1λ35,ă tă Dallas Morning News đa
̃
ăđaătină Charles
Henry Garrett tạiăDallas, Texasăđa
̃
ăco

ăbĕngăpha

tăminhăva

ăđa
̃
ăbiê
̉
uădiê
̃
năchiêcăxeădu

ngă
n

căla


mănhiênăliê
̣
uătrong vƠiăph́t. Chiêcăxeăna

yădu

ngăphngăpha

păđiê
̣
năphơnăn

că
đểăcóăhydrogenăchạyămáyăxeăthayăxĕng ,ănhngăsauăđo

ăthố

ăkhôngăaiăngheăno

iăgố

ăvêă
phátăminhănƠyănữa . Henryăsinhătr
̉
ngăbĕngănghêăth
̣
ăđiê
̣
năva


ăla

ămô
̣
tănha

ăpha

tăminh .
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

4
Ôngăla

ăng

iăđơuătiênădu

ngăcarburator để snăxutăhydrogenăvƠăoxygen.
- Nĕmă1λ62,ăcácănhƠăkhoaăhọcăJ.ăWeissbartăvƠăR.ăRukaăcaăcôngătyăSiemensă
Westinghouseălầnăđầuătiênăcôngăbătínhăkhăthiăcaăquáătrìnhătạoăđinănĕngătừăsolid
electrolyte fuel cell.ă Triă quaă hnă 40ă nĕmă nghiênă cuă vƠă phátă triển,ă Siemensă
WestinghouseăđƣăxơyădựngăvƠăthửănghim nhƠămáyăđinăSOFCăăHƠăLan vƠăchoăktă
quăkhăquan.ăKtăquătngătựăcǜngăthuăđcăcaăcôngătyăCeramicăFuelăCellsă(Úc).
Gầnă đơyă Siemensă Westinghouseă đƣătungă raăsnăphẩmătiềnă thngă mạiă SOFCăvớiă
côngăsută125 kW.
- Cácă nhƠă khoaă họcă thuộcă Trngă Đạiă họcă Báchă khoaă Liên bang Lausane
(EPFL)ăThyăSĩăcùngăvớiăcácăđngănghipăngiăĐcăđƣătìmăraăgiiăphápăđểăluătrữă
anătoƠnăhydro.ăKhámăpháănƠyăđcăcoiălƠăbớcătinălớnătrongăkhoaăhọc,ăbiătrớcă
đơy,ăhydroăvnăđcăcoiăcóăthểăthayăthănhiênăliuăhóaăthạch,ătuyănhiên,ăchtănƠyărtă

dăcháyăvƠ khóăboăqun.ăNhómănghiênăcuădoăGiáoăsăGaborăLaurencryăđngăđầuă
thuộcă EPFLă cùngă vớiă Mattthiasă Belleră vƠă Ralfă Ludwigă thuộcă Trngă Đạiă họcă
Rostockă(Đc),ăbớcăđầuăđƣătìmăraăcáchăthcăbinăđiăhydroăthƠnhăaxítăfomicănhă
vƠoămộtăchtăx́cătácăvƠăkhíăthiăCO
2
vn tnătại trongăkhôngăkhí.ăPhnăngănƠyăsinh
raămộtăchtărtăkhóăbtălửaăvƠăchtălngăănhităđộătngăđngăsoăvớiăxungăquanh.ă
Tipăđó,ăthôngăquaăchtăx́cătácămới,ăaxítăfomicăđcăchuyểnălạiătrạngătháiăkhíăCO
2

vƠăhydro.ăTạiăđơy,ăhydroăcóăthểăđcăchuyểnăđiăthƠnhănĕngălngăđinăvƠăcungăcpă
nhiênăliuăchoăđộngăcăôătô.ăTrớcăđơy,ăvicăchuyểnăđiăhydroăthƠnhăaxítăfomicăphiă
cầnătớiăchtăx́cătácăđtănhăruthenium,ănhngănay,ăcácănhƠăkhoaăhọcăThyăSĩăđƣă
thƠnhăcôngătrongă vicătină hƠnhă phnăngă từă nguyênăliuăstăvƠă mộtă să kimăloạiă
thôngădngămƠăgiáăthƠnhăthp.
- CácănhƠăkhoaăhọcăTrungăQucăđƣăphátătriểnămộtăhăthngăpinănhiênăliuăcóă
thểătạoăraăđinătừăhpăchtăhữuăcăvƠălƠmăsạchănớcăthi.ăNghiênăcuămớiăđcăcôngă
bătạiătrênătạpăchíăChemicalăCommunications. Họăđƣătạoăraămộtăloạiăpinănhiênăliuă
sửădngăánhăsángălƠmăx́cătác,ăcóăcựcădngălƠăngăoxitătitanăcựcănh,ăcựcăơmălƠmă
bằngăbạchăkim.ăPinănƠyăcǜngăsửădngăánhăsángăđểăphơnăhyăcácăhpăchtăhữuăcăcóă
trongăchtăthi,ăsnăxutăraăcácăđinătừăcóăkhănĕngăđiăxuyênăquaăcựcăơmăvƠăbinăđiă
nĕngălngăhóaăhọcăthƠnhăđin. Theoă ôngăYanbiaoăLiu,ătrngănhómănghiênăcuă
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

5
ĐạiăhọcăShanghaiăJiaoăTong,ăcácăhpăchtăhữuăcătrongănớcăthiălƠăngunănĕngă
lngăquanătrọng.ăVƠăvicătìmăraăphngăphápătipăcnăbềnăvữngăđểăthuăhiănĕngă
lngătừăchtăthiălƠănhuăcầuăcầnăthit. CácănhƠăkhoaăhọcăđƣăsửădngăpinăđểăxácăđnhă
cácătạpăchtăvƠăhpăchtăkhácănhauătrongăcácămuăchtăthi.ăÔngăLiuăchoăbit, thay
vìăsửădngătiaăcựcătímălƠmăchtăx́cătác,ăhăthngăsửădngăánhăsángănhìnăthyăđc

vƠăánhăsángămặtătri.ăNhăvy,ăcóăthểăsửădngăhăthngănƠyăăngoƠiătriăđểăxửălíă
nớcăthi.
BênăcạnhăcácăcôngătrìnhănghiênăcuăcaăcácănhƠăkhoaăhọc,ăcácăhƣngăôătôăniă
tingătrênăthăgiớiănhμ
Honda (Nht), Mercedes (Đc), General Motors (Mỹ), De
Nora (Ý), Hyundai (Hàn Quc), Toyota,… đƣ chú trọng phát triển các loại pin nhiên
liu có kt cu nh gọn trên các sn phẩm ca mình. Một trong những hãng xe quan
tâm nht đn công ngh này chính là hãng xe hạng sang Mercedes ậ Benz ca Đc,
từ những nĕm 90 ca th kỷ 20 đn nay, sau khi nghiên cu thit k, ch tạo nhiều
mu xe, hãng đƣ chính thc xut xng muăxeăthng mại đầu tiên sử dng pin
nhiên liu, mang tên gọi B-Class F-Cell.








Hình 1.2. Mẫu xe mang tên B-Class F-Cell
Nĕm 1966, hãng GM (General Motors), cho ra đi mu xe ti đầu tiên sử dng
pin nhiên liu. Bên cạnh đó, một đại gia khác ca nền công nghip ô tô là Ford đƣ
nghiên cu ch tạo xe đua sử dng công ngh này, chic xe có tên gọi là ắFusionă
Hydrogenăλλλ”,ăđơy là sn phẩm ca Ford hp tác với Trung tâm Nghiên cu về ô
tô ậ Trng Đại học Bang Ohio (Mỹ) và nhà sn xut pin nhiên liu hàng đầu th
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

6
giới Ballard Power Systems.
Hin nay, hầu ht các hãng xe đều chạy đua để đầu t nghiên cu, ch tạo các

loại ô tô sử dng nhiên liu sạch, thân thin với môi trng. Không ch ng dng
trên ô tô, pin nhiên liu còn có thể sử dng trên các loại xe mô tô, xe gn máy. Có
thể nói, nhiên liu sạch này đang phát triển vt trội ca nó về tit kim nĕng lng
và gim ô nhim môi trng. Tuy nhiên, conăngi phi vt qua thử thách về công
ngh và giá thành sn xut để pin nhiên liu đc sử dng ph bin.
1.2.2 Tìnhăhìnhănghiênăcuătrongănưc:
Tại Vit Nam, công ngh này tng đi mới, khái nim về pin nhiên liu có vẻ
nh rt xa lạ, bi vì các nớc phát triển cha tìm cách khc phc các nhc điểm về
giá thành và công ngh để sử dng ph bin.
Nớc ta là một trong những nớc có nền kinh t đang phát triển, Khoa học Kỹ
thut cha cao, cho nên vic đầu t nghiên cu thit k loại công ngh mới này cha
đc quan tâm đ́ng mc, ch  bớc đầu nghiên cu ng dng trên các loại thit b
cầm tay (đin thoại, máy tính xách tay,…).ăVào cui nĕm 2004, Phân vin Vt lý
Thành ph H Chí Minh đƣ công b những kt qu đầu tiên về pin nhiên liu do
Tin sĩ Nguyn Mạnh Tun nghiên cu. Theo Tin sĩ,  nớc ta do điều kin công
ngh, khí hu,…ăcho nên vic ch tạo ra loại pin sử dng nhiên liu hydro là vô
cùng khó khĕn (vn đề lu trữ, bo qun vì hydro d rò r, nu gặp tia lửa trong
không khí d phát n,…). Ông đề xut hớng nghiên cu sử dng nhiên liu cn
methanol để ch tạo ra pin nhiên liu, pin này có đặc điểm: nhit độ làm vic thp,
an toàn trong lu trữ và bo qun, tui thọ pin cao.
Một nghiên cu khác đc Tin sĩ Nguyn Chánh Khê và các cộng sự tại
Trung tâm Nghiên cu và Phát triển ậ Khu công ngh cao Tp.HCM công b nĕm
2005. Đó là vic ch tạo thành công màng chuyển đi proton, vn là cái ct lõi
chính ca công ngh và đang đc nghiên cu từ vt liu nanoătrongănớc. Bên
cạnh đó, nhóm cǜng đang bt đầu sử dng cacbon nanotube trong vic tạo ra một
cht xúc tác mới có kh nĕng dn đn tĕng hiu sut chuyển hóa đin nĕng, gim chi
phí và kích thớc ca pin nhiên liu.
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

7

Tuy nhiên, vic hoàn thin và ng dng để có thể thng mại hóa sn phẩm
này ch sử dng đi với đin thoại và máy tính xách tay mà cha nghiên cu để ng
dng trên các phng tin giao thông  nớc ta.
1.3 C SỞ KHOA HC VÀ THC TIN Đ TÀI
1.3.1 C s khoa hc:
Đề tài nghiên cu đc thực hin dựa trên các c s khoa học sau:
- Kt qu nghiên cu ca các nhà khoa học về công ngh pin nhiên liu đƣ đc
công b.
- Nguyên lý bin đi trực tip dòng nĕng lng nhiên liu thành đin nĕng nh
vào quá trình đin hóa.
- Tính toán các ch tiêu đánh giá pin nhiên liu: hiu sut pin, đin áp, dòng đin
do pin phóng, đặc tính công sut (P -V),…ădựa vào các thành qu nghiên cu đƣ
công b.
1.3.2 TínhăthcătinăđătƠi:
- LƠăgiiăphápătiăuătrongăvnăđề bo v môi trng và gii quyt tình hình
khan him ngun nĕng lng truyền thng.
- Ch động đc ngun nhiên liu cung cp, gim chi phí, bo đm an toàn khi
sử dng.
- Nâng cao hiu qu công sut ca xe so với các loại loại động c chạy bằng
nhiên liu xĕng, dầu cho công sut thp.
- Đề tài này là c s tạo tiền đề để nghiên cu, thit k, ch tạo pin nhiên liu và
đa công ngh này ng dng thực tin trên các phng tin giao thông tại Vit
Nam.
1.4 MỤCăĐệCHăNGHIểNăCỨU
Trọng tâm ca đề tài là nghiên cu tng quan về các công ngh pin nhiên liu,
đặc tính, tính toán các ch tiêu quan trọng liên quanăđn pin nhiên liu, để từ đó so
sánh, đánh giá kh nĕng ng dng caăpin trên các phng tin giao thông, làm sao
chi phí thp mà hiu qu sử dng cao.
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

8
1.5 NHIMăVỤăNGHIểNăCỨUăVÀăGIIăHNăĐăTÀI
1.5.1 Nhim v nghiên cu:
- Giới thiu tng quan về lch sử hình thành và phát triển công ngh pin nhiên
liu, tầm quan trọng ca hydrogen vƠăvnăđềăluătrữ.
- Giới thiu khái quát các công ngh pin nhiên liu thng đc sử dng trên
các phng tin giao thông và  các lĩnh vực khác.
- Nghiên cu và tính toán các ch tiêu đánh giá pin nhiênăliuănhăhiuăsut,ă
dòngăđinădoăpinăphóng,ăcôngăsut,ăanătoƠnăvớiămôiătrng,ăchiăphíăchătạoăpin,
- Nghiên cu kt cu ca ô tô pin nhiên liu vƠăcácăquáătrìnhăhoạtăđộngăcaămộtă
ô tô pinănhiênăliu.
- So sánh và đánh giá hiuăsutănĕngălngăsửădngăcaăcácăloạiăô tô khác nhau
vớiăô tô dùngăpinănhiênăliu.ă
1.5.2 Gii hn đ tài:
Do thi gian và kinh phí thực hin đề tài có hạn, hn nữa nền công ngh ca
Vit Nam cha phát triển để đáp ng kp thi xuă hớng phát triển ca th giới.
Chính vì vy, phạm vi thực hin ch dừng lại  phần ắNghiên cu kh nĕng ng
dng pin nhiên trên các phng tin giao thông tại Vit nam”ătrên c s lý thuyt,
mà cha đi nghiên cu thit k, ch tạo pin có kh nĕng ng dng thực tin trên các
phng tin giao thông  nớc ta.
1.6 PHNGăPHỄPăNGHIểNăCỨU
Đề tài đc thực hin dựa trên các phng pháp nghiên cu sau:
- Phng pháp thu thp thông tin từ ngun tài liu có liên quan nh: sách, báo,
tạp chí,… đƣ xut bn.
- Phng pháp k thừa các công thc thực nghim đƣ có.
- Phng pháp tip cn với các kt qu công b mới nht về công ngh pin
nhiên liu từ các các nhà khoa học, các công ty ô tô niătingătrênăthăgiới,…
- Phng pháp tính toán s liu thựcănghim.
- Phng pháp so sánh và đánh giá dựa trên các s liu thu thp, tính toán từ
thực nghim.

Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

9
Chưngă2
CăSăLụăTHUYT

2.1 TỔNG QUAN V PIN NHIÊN LIU
2.1.1 Kháiănim:
PinănhiênăliuăhayăcònăgọiălƠătăbƠoănhiênăliu,ălà thit b chuyển đi trực tip
hóa nĕng ca nhiên liu thành đin nĕng nh các quá trình đin phân hóa học. Nhiên
liu chính để pin nhiên liu vn hành là hydro (hoặc nhiên liu giàu hydro) và oxy
(thng ly oxy từ không khí). Quá trình bin đi theo phn ng hóa học sau:
OHOH
222
2
1

+ nĕng lng + nhit nĕng




Hình 2.1. Sơ đồ mô t quá trình chuyển đổi năng lượng pin nhiên liệu
Pin nhiên liu không trực tip đt cháy hydro mà dùng cht xúc tác để tách các
electron từ các nguyên tử hydro có trong nhiên liu, các electron này chuyển động
trong mạch sinh ra dòng đin, sn phẩm ph là nớc.

Hình 2.2. Quá trình to ra dòng điện của pin nhiên liệu

Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

10
Nh vy, các phn ng trong pin nhiên liu hoàn toàn không có sự cháy nh 
động c đt trong, chính vì lý do này, hàm lng khí CO
2
thi môi trng rt ít,
gim đn mc thp nht kh nĕng gây ô nhim môi trng và hin tng hiu ng
nhà kính. Nu sử dng nhiên liu là hydro nguyên cht và oxy thì pin nhiên liu ch
sinh ra nhit và nớc.
Tng tự nh accu, pin nhiên liu là thit b tạo ra dòng đin nh phn ng
hóa nĕng. Tuy nhiên, điểm khác bit giữa accu và pin nhiên liu  ch pin nhiên liu
tạo ra dòng đin một cách liên tc cho đn khi ngừng cung cp ngun nhiên liu cho
pin, trong khi accu phi nạp đin sau thi gian sử dng. Chng t, về mặt tạo ra
dòng nĕng lng thì pin nhiên có u điểm vt trội hn so với accu.
Có thể khẳng đnh, pin nhiên liu là một trong các ngun nĕng lng ch đạo
hin nay, nhiên liu ch yu ca pin là hydro thì tn tại vô hạn trong tự nhiên hoặc
có thể điều ch từ các ngun nĕng lng khác nh: sn xut hydro từ nĕng lng
hóa thạch, đin phân nớc, ngun nĕng lng tái sinh,…
2.1.2 Lchăsửăphátătrin:
Pin nhiênăliu đcănhƠăkhoaăhọcăngiăxăWalesăSirăWilliam Robert Grove
(1811 ậ 1896)ăchătạoăthƠnhăcôngămôăhình thựcănghimăđầuătiênăvƠoănĕmă1839 ă
Anh,ăvớiănhữngăamăhiểuăvềănguyênălýăđinăphơnăcùngăvớiăsựănghiênăcu,ăsángătạo,
ôngăđƣăđoăchiềuăđinăphơnănớcăđểăchoăraăđiăpinănhiênăliu gmă2ăđinăcựcăplatină

đcăbaoătrùmăbiă2ăngăhìnhătrăbằngăthyătinh,ămộtăngăchaăhydro vƠăngăkiaă
chaăoxy.ăHaiăđinăcựcănƠyăđcănh́ngătrongăaxítăsulfuricăloƣng,ăchínhăaxítăsulfurică
loƣngănƠyălƠăchtăđinăphơnăvƠătạoăra dòngăđinămộtăchiều,ădòngăđinăđcăông phát
minhăcóăcôngăsutănh,ăđinăápăkhong 1 V.
VƠoănĕmă188λ,ăhai nhƠăhóaăhọcăLudwig Mond và Charles Langer đƣ c gng
phát triển mô hình ca Grove vào ng dng trong thực t, bằng vic sử dng không
khí và khí than đá làm nhiên liu, và thutăngữăắtăbƠoănhiênăliu”ăđc hình thành
từ đơy. Tuy nhiên, do những hạn ch về công ngh, vt liu, giá thành, sự phát triển
ca động c đt trong trongăgiaiăđoạnănƠy mà công trình nghiên cu cha mang tính
thực tin và cha đc ng dng rộng rãi.
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

11







Hình 2.3. Mô hình thí nghiệm của Sir William Robert Grove
VƠoă nĕmă 1λ32,ă tină sĩă Thomas Francis Bacon gingă dạyă tạiă Đạiă họcă
CambridgeăăAnh đƣătipătcăcôngătrìnhănghiênăcuăcaăLudwig Mond và Charles
Langer,ăbằngăcáchăsửaăđiăvƠăthităkămớiănhăthayăthăđinăcực platinăbằngănikenăít
tnăkém hn,ăôngăthayăthăđinăphơnăaxítăsunfurităbằngăhidroxităkaliăkiềm,ăchtănƠyă
cóătínhăĕnămònăítăhnăchoăcácăđinăcực.ăNĕmă1λ50,ăôngăđƣăthităkăđcăpin nhiên
liu đầu tiên có tên gọi là ắpinăBacon”ăậ loại pin nhiên liu kiềm đầu tiên trên th
giới. Và mãi cho đn nĕm 1959, ông mới sn xut ra một loại pin mới, tht sự kh
thi, loại pin này có công sut khong 5 kW, đ cung cp cho một máy hàn đin.
DoăăthiăđiểmănƠy, vicăchătạoăraăpinănhiênăliuăquáăphcătạp,ămặtăkhácăchiă

phíărtătnăkémănênăngădngăcôngănghăpinănhiênăliuătrongăkỹăthutăbăgiánăđoạnă
mãi choătớiăthpăniênă1λ50.ăSauăchinătranhăthăgiớiăthă2,ăcácăcngăqucănhằmă
cngăcăvăthăcaăđtănớcămìnhăđƣăkhôngăngừngătĕngăchiăphíăđầuătăchoăngƠnhăkỹă
thut quơnăsựăvƠăngƠnhăduăhƠnhăvǜătr.ăChínhăvìăvy,ăcácătƠuăduăhƠnhăvǜătr,ătƠuă
ngầmăđcăcácănhƠăkhoaăhọcăsửădngăngunănĕngălngămớiătinădngăvƠăcóăhiuă
quăcao đểăthayăth choăngunănĕngălngătruyềnăthng.
CăquanăvǜătrăNASAăcaăMỹăđƣăquytăđnhădùngăcáchăsnăxutădòngăđină
trựcătipăbằngăphngăphápăhóaăhọcăthôngăquaătăbƠoănhiênăliuătrongăcác chngă
trìnhăcaăGeminiăvƠăApollo.ăGeminiăđcăNASAăphátătriểnăvƠoănĕmă1λ65ăvớiăcôngă
sută 1,5 kW.ă Vică sửă dngă côngă nghă pină nhiênă liuă nƠyă khôngă nhữngă mangă lạiă
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

12
dòngăđinătheoămongămunămƠăcònăcungăcpănớcăungătinhăkhităcho các nhà du
hƠnhăvǜătr.
Trongăsutănhữngănĕmă1λ70,ăcôngănghăpinănhiênăliuăphátătriển vƠăngădngă
choăcácăhăthngătrênătráiăđt.ăCuộcăkhngăhongănĕngălngătừănĕmă1λ73ăđnănĕmă
1λ7λăđƣăgípăcácănhƠăkhoaăhọcănălựcănghiênăcuăvềătăbƠoănhiênăliuănhăChínhă
phăHoaăKỳăđangătìmăkimăcáchăthcămớiăđểăítăphăthuộcăvƠoăvicănhpăkhẩuăxĕng,
dầu.
VƠoănhữngănĕmă80ăcaăthăkỷă20,ăpinănhiênăliuăđcăsửădngătrongăcácănhƠă
máyăđinăcóăcôngăsutătừă20 kWăđnă50 kW,ăvƠătừăđóăchoăđnănayăđƣăcóărtănhiềuă
nhƠămáyăsửădngănĕngălngănƠyăăcácănớcăphátătriểnănhăMỹ,ăNht,ăCanada,…
vớiăcôngăsutăđcăciăthinălênăđnăhƠngătrĕmăMWăvƠătuiăthọăngƠyăđcănơngălên.ă
Đặcăbităcóăthểăkểăđnăpinănhiênăliuăraoăđiăprotonăsửădngătrênăcácăphngătină
giaoăthôngăđƣătạoăraăbớcăđộtăpháăchoăngƠnhăcôngănghăxeăhi trênăthăgiới,ăchicăxeă
đầuătiênăsửădngăpinănhiênăliuăđcăgiớiăthiuăbiăcôngătyăCanada,ăBallardăvƠoănĕmă
1993. Từăđó,ăpinănhiênăliu đcăsựăquanătơmăhầuăhtăbi cácăcôngătyăhƠngăđầuăthă
giới nhμăFord,ăGeneralăMotoră(Mỹ),ăToyota,ăHonda (Nht),ăDaimler Benză(Đc),ă
Hyundaiă(HƠnăQuc),… nghiênăcu,ăngădngăđểătạoăraăcuộcăchạyăđuaămớiăvềăcôngă

nghăô tô sửădngăngunănhiênăliuăsạch.
NhănhữngăliăíchămƠăngunănhiênăliuămớiănƠyămangălạiămƠăpinănhiênăliuă
đcăphátătriểnămạnhămăvƠoănhữngănĕmă1λλ0.ăHinănay,ăphạmăviăngădngăcaănóă
khôngăchăăcácăngƠnhăduăhƠnhăvǜătr,ătƠuăngầm hay cácănhƠămáyăđinămƠăphạmăviă
sửădngăcaăpinănhiênăliuătriădƠiătừăngƠnhăcôngănghipăô tô,ăsiănhƠăquaăcácănhƠă
máyăphátăđinălênătớiăhƠngătrĕmăkW, choăđnăpinănhiênăliuăsửădng vtădngăcáă
nhân rtănhăvƠăthôngădngănhămáyătínhăxáchătay,ăđinăthoạiădiăđộng,… Nĕmă2003,ă
lầnăđầuătiênăăChơuăÂu, chicăxeăbuýtăchạyăbằngăpinănhiênăliu raăđi.
CóăthểăkhẳngăđnhărằngăpinănhiênăliuălƠămộtăngunănĕngălngăvôăcùngăhữuă
ích,ătnătạiăvôăhạnătrongătựănhiênăvƠătrongăthiăgianăkhôngăxaăăthăkỷă21ănƠy,ănóăsă
trăthƠnhăngunănĕngălngăchăđạoăđểăthayăthăcácăngunănĕngălngăhóaăthạchă
đangădầnăcạnăkit.
Luận văn tốt nghiệp cao học CBHD: PGS.TS ĐăVĔNăDǛNGăăă

13
2.1.3 CuătoăvƠănguyênălỦăhotăđng
2.1.3.1 Cu to chung ca pin nhiên liu đn gin:
VềăcăbnăthìămộtătăbƠoănhiênăliu đn gin có ktăcuăgmă3ăphầnăchính,ă
gmă3ălớpănằmătrênănhauμ
- LớpăthănhtălƠăđinăcực dng: là ni xy ra quá trình oxy hóa.
- LớpăthăhaiălƠăđinăcựcăơm: là ni xy ra quá trình khử.
- LớpăthăbaălƠălớpăđinăphơnădnăion: là ni trao đi các ion từ đin cực này
sang đin cực khác, và cht xúc tác nhằm tĕng tc độ phn ng.

Hình 2.4. Mô phỏng cấu to chung của pin nhiên liệu
HaiăđinăcựcănƠyăđcălƠmăbằngăchtădnăđină(kimăloại,ăthanăchì,…),ăvìămộtă
tăbƠoănhiênăliuătạoăraămộtăđinăthărtăthp,ădoăđóăchtăđinăphơnădùngăđểătạoăraă
đinăthălớnăthìăcầnăphiădùngănhiềuătăbƠoăriêngălẻăniătip, chngăchtălênănhauă(có
thểăsửădngăăthểărn, thểălngăhoặcăcóăcuătŕcămƠng).
NgoƠiăra,ătùyăthuộcăvƠoămcăđíchăsửădngăcaăpinănhiênăliuămƠăcóăthêmăcácă
thităbăphătrăkhácăđiăkèmănhμămáyănén,ămáyăbmăđểăcpăkhíăđầuăvƠo,ăhayăsửă
dngătrongăquáătrìnhătraoăđiănhit,…
2.1.3.2 NguyênălỦăhotăđngăcăbn:
Miăpinănhiênăliuăgmăcóăđinăcựcăơmă(cathode)ăvƠăđinăcựcădng (anode).
PhnăngăsinhăraăđinănĕngăxyăraătạiăhaiăđinăcựcănƠy.ăGiữaăhaiăđinăcựcăcònăchaă
chtăđinăphơn,ăvnăchuyểnăcácăhạtăđinătíchătừăcựcănƠyăsangăcựcăkhác,ăvƠăchtăx́că