FUEL CELL (pin nhiên liệu trên ô tô)

Lượng khí thải từ động cơ đốt trong là một
vấn đề đáng quan tâm cho môi trường sống và
con người hiện nay.
Số lượng ô tô và xe gắn máy gia tăng ngày
càng nhiều.
Do những dự báo về nguồn dự trữ của dầu
mỏ có hạn và sẽ bị cạn kiệt trong tương lai gần.

 Đòi hỏi phải tìm ra các giải pháp và các
nguồn năng lượng thay thế theo chiều
hướng có lợi cho việc bảo vệ môi trường.










Pin nhiên liệu – fuel cell
1

Khái quát về pin nhiên liệu
1.1 Giới thiệu
1.2 Lịch sử
1.3 Cấu tạo
1.4
1.5

2

Phân loại
Ưu điểm và nhược điểm

Nguyên lý hoạt động của các loại fuel cell
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5

PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell)
AFC (Alkaline Fuel Cell)
PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell)
SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell)


Pin nhiên liệu – fuel cell
1.1

Giới thiệu

 Fuel cell là thiết bị điện hóa, nó biến đổi hóa năng
thành điện năng nhờ q trình oxi hóa nhiên liệu.
 Phản ứng chuyển hóa năng lượng:
H2 + O2  H2O
 Trong tương lai, Fuel Cell có khả năng thay thế cho
các thiết bị chuyển đổi năng lượng khác.

 Fuel Cell tạo ra dịng điện một chiều, có thể sử dụng
cho bất cứ thiết bị gia dụng nào.


Pin nhiên liệu sử dụng hydro
 Có nhiệt năng cao.
 Không gây ô nhiễm môi trường.
 Được điều chế từ nhiều nguồn khác nhau.
Dầu
Khí thiên nhiên
Than
Chất khác

Hydro

Điện phân

Nước


Lịch sử của pin nhiên liệu – Fuel Cell.
 Năm 1839 nhà khoa học người Anh William
Robert Grove (1811-1896) đã chế tạo ra mơ hình
thực nghiệm đầu tiên của tế bào nhiên liệu.
 Vào đầu thập niên 1900, các nghiên cứu đã
chuyển trực tiếp năng lượng hóa học của các dạng
năng lượng hóa thạch sang điện năng.
 Năm 1920 A. schmid là người tiên phong trong
việc xây dựng bộ phân tích bằng platium, các điện
cực cacbon- hydro xốp dưới hình thức ống.

 Ở Anh, F.T. Bacon đã chế tạo ra hệ thống pin
nhiên liệu alkine (AFC) sử dụng điện cực kim loại
xốp là nền tảng cho NASA chế tạo tàu vũ trụ sử
dụng pin nhiên liệu để đưa người lên mặt trăng
vào năm 1968.


 Ở Anh, F.T. Bacon đã chế tạo ra hệ thống pin
nhiên liệu alkine (AFC) sử dụng điện cực kim
loại xốp là nền tảng cho NASA chế tạo tàu vũ
trụ sử dụng pin nhiên liệu để đưa người lên
mặt trăng vào năm 1968.
 Đến giữa năm 1970 tế bào nhiên liệu dùng hệ
thống axit photphoric ra đời.
 - Vào những năm 1980 pin nhiên liệu dùng
cacbon nấu chảy (MCFC) phát triển mạnh.
 - Năm 1990 pin nhiên liệu oxít rắn (SOFC)
được phát triển.
 - Vào những năm 1990 pin nhiên liệu dạng
màng (PEMFC) xuất hiện với hiệu suất rất cao.
 - Năm 2003, lần đầu tiên ở châu Âu xuất hiện
xe buýt chạy bằng pin nhiên liệu.


Cấu tạo của pin nhiên liệu

Hai điện cực làm từ chất dẫn điện (kim loại hoặc than chì).

Chất điện phân có thể ở thể rắn, có thể ở thể lỏng hoặc có cấu trúc màng.

Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu
 Dùng chất xúc tác để tách electron của
các nguyên tử hydro có trong nhiên liệu.
 Các electron này bị ngăn cản bởi chất
điện phân nên không thể đi trực tiếp từ
cực âm sang cực dương mà phải đi vòng
qua một mạch điện bên ngoài của pin
nhiên liệu.
Quá trình chuyển động đó của các electron
tạo thành dòng điện một chiều.
Điện áp thu được lệ thuộc: loại pin nhiên liệu, kích cỡ pin, nhiệt
độ khi nó hoạt động, áp suất không khí được cung cấp vào


Phân loại pin nhiên liệu
(Theo chất điện phân)

 PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel
Cell): Pin nhiên liệu dùng màng trao đổi
Proton
 Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell
 Plastic Electrolyte Membrane Fuel Cell
 AFC (Alkaline Fuel Cell): PNL kiềm
 PAFC (Phosphoric Acid Fuel Cell)
 SOFC (Solid Oxide Fuel Cell): PNL oxit rắn
 MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell): PNL
cacbơnat nóng chảy.
DMFC (Direct Methanol Fuel Cell).

1.5

Ưu, nhược điểm
Ưu điểm:

 Được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
 Khơng gây ơ nhiễm mơi trường, khí thải là H2O.
 Hiệu suất cao hơn 60 %.
 Độ tin cậy cao, không gây ra tiếng ồn.

Nhược điểm:
 Giá cả của pin nhiên liệu quá cao. (20.000$/kW).
 Điều chế và sản xuất H2 gặp nhiều khó khăn.


Đặc điểm của pin nhhiên liệu
 Có thể chuyển 90 % năng lượng có trong
bản nó sang điện năng và nhiệt năng.
 Hiệu suất chuyển đổi 42-46% có thể >60 %
 Phát ra nước nóng và hơi nước nhiệt độ
thấp.
 Sự phát thải < 10 lần qui định về môi trường.
 Cần ít nước để hoạt động (>< nmáy nhđiện).
 Khơng có chu kỳ đốt cháy, khơng tạo tro,
mức thải ô nhiễm thấp nhất.


2.1

Nguyên lý hoạt động của PEMFC
(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)

2.1.1. Cấu tạo và chức năng của các bộ phận.

Cathode
Anode

PEM
Catalyst