Pin Nhiên Liệu Kẽm Không Khí

Company

LOGO

NĂNG LƯỢNG VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG

CHÀO MỪNG THẦY
VÀ CÁC BẠN

Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP.hcm


ĐỀ TÀI: “Pin Nhiên Liệu Kẽm/ Khơng Khí”

GVHD : HỒNG TRÍ

SVTH : TRẦN MINH TRÍ


NƠI DUNG

A. Lịch sử hình thành và phát triển

B. Định nghĩa, phân loại, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

I. Định nghĩa

II. Phân loại

III. Cấu tạo

IV. Hệ thống pin nhiên liệu

V. Nguyên lý hoạt động


A. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN

Pin nhiên liệu đã được nhiều người nghiên cứu từ thế kỉ 19, nhưng phát minh đầu tiên về pin nhiên liệu được ghi nhận là của
ông

William

Robert 

Grove (1811-1896) nhà khoa học tự nhiên xứ Wales vào năm 1839.
Phát minh dựa trên cơ sở của q trình điện phân nước. Ơng Grove tin rằng, nếu có thể tách nước thành hydro và oxy nhờ
vào năng lượng điện thì q trình ngược lại cũng có thể xảy ra, tức là có thể sản xuất ra dịng điện bằng cách kết hợp hydro và oxy

Mới đây nhất, các nhà khoa học tại Đại học Stanford- Mỹ đứng đầu là Giáo sư hóa học Hongjie Dai đã phát triển một thế hệ
pin mới là pin kim loại, khơng khí với hoạt tính xúc tác cao hơn, bền hơn, chi phí thấp hơn các loại pin được sử dụng rộng rãi hiện
nay.

Trong đó đáng chú ý nhất là sự kết hợp giữa cabalt-oxit và hydroxit của hợp kim Ni-Fe tạo ra pin kẽm /khơng khí có mật độ
năng lượng cao gấp 2 lần pin lithium-ion hiện tại. Phát hiện này là một bước quan trọng hướng đến việc phát triển pin kẽm/ khơng
khí có thể sạc lại mặc dù cịn nhiều thách thức khác liên quan đến thời gian hoạt động của điện cực kẽm.
 


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

I/. Định nghĩa :

Pin nhiên liệu là pin tạo ra dòng điện trực tiếp từ một phản ứng hóa học. Giống như một ắc quy, nhưng nó khác nhau ở chỗ
là pin nhiên liệu được thiết kế sao cho chất phản ứng được cung cấp liên tục cho đến hết, nó tạo ra điện từ nguồn nhiên liệu cung
cấp bên ngoài và oxi khác với khả năng tích trữ năng lượng bên trong giới hạn của ắc quy.
 

 
Hơn nữa, trong khi điện tích bên trong ắc quy phản ứng và thay đổi như là một ắc quy tích điện hoặc phóng điện, điện tích
của pin nhiên liệu thì xúc tác và tương đối ổn định.


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

II/. Phân loại :
Pin nhiên liệu hiện nay có 5 loại chính.
+ Pin nhiên liệu dùng màng điện phân.

+ Pin nhiên liệu kiềm.
+ Pin nhiên liệu oxit rắn.

+ Pin nhiên liệu axit photphoric.

+ Pin nhiên liệu muối cacbonate nóng chảy.


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

III/.Cấu tạo :
Anode : dẫn khí hydro đến bề mặt của chất
xúc tác và dẫn các electron được tách ra từ phân tử
hydro để sử dụng cho mạch điện bên ngoài. Khí hydro
được phân bố đều khi gặp chất xúc tác.
 

 
Cathode : dẫn khí oxi tới mặt của chất xúc
tác, đồng thời nó cũng dẫn những electron sau khi
phản ứng từ mạch điện bên ngoài, kết hợp với ion
hydro và oxi tạo ra nước.


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Màng trao đổi proton : có cơng dụng dẫn các proton, đồng thời ngăn cản các electron di chuyển từ anode
sang cathode.


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Chất xúc tác : làm cho phản ứng của hydro và oxi dễ dàng hơn. Nó làm thay đổi trạng thái hóa học của hydro và
oxi nhưng khơng bao giờ tự thay đổi.


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

IV/. Hệ thống pin nhiên liệu :

Bộ xử lý nhiên liệu : dùng để chuyển đổi những khí thương mại sẵn có hay các nhiên liệu khác ở dạng lỏng
hoặc rắn thành các nhiên liệu phù hợp với các phản ứng xảy ra ở các điện cực.


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Thiết bị biến đổi năng lượng : Nhằm biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành điện năng.

Bộ điều hịa cơng suất : Dịng điện do pin tạo ra thường khơng sử dụng trực tiếp cho tải điện mà phải thông qua
bộ phận biến đổi dòng điện. Do pin chỉ sản sinh ra dòng điện một chiều, tùy theo yêu cầu sử dụng mà ta có thể sử dụng
bộ biến đổi dòng điện để chuyển dòng điện một chiều sang xoay chiều.


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

+ Hệ thống thu hồi nhiệt : Nhiệt lượng này có thể tận dụng để tạo hơi nước, nước nóng hoặc chuyển tiếp thành điện năng thơng qua
một turbine khí hay sử dụng cho một cơng nghệ nào đó nhằm tận dụng triệt để nhiệt độ phát sinh.
Ngoài ra, trong hệ thống pin nhiên liệu cịn có các hệ thống phụ để xử 
lý độ ẩm, nhiệt độ, áp suất khí và nước thải của pin nhiên liệu,….


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

V/. Nguyên lý hoạt động:

Các phản ứng hóa học tạo ra dịng điện xảy ra tại các điện cực chính là chìa khóa trong cơ chế hoạt động của
pin nhiên liệu.

Tất cả các loại pin nhiên liệu hiện nay đều có cùng một nguyên lý hoạt động cơ bản. Khi các nguyên tử hydro
có trong nhiên liệu đi vào anode của pin nhiên liệu, các phản ứng hóa học xảy ra tại đây sẽ lấy các electron của
chúng. Những nguyên tử hydro lúc này bị ion hóa, tạo thành ion hydro mang điện tích dương.
 


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Hình : Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu.


B. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Các electron mang điện tích âm bị ngăn cản bởi chất điện phân nên không thể di chuyển trực tiếp từ anode sang cathode mà phải
đi vòng qua một mạch điện bên ngồi, tạo ra dịng điện một chiều. Cùng lúc đó, khí oxi được cung cấp đến cathode của pin sẽ nhận các
electron này, tạo thành các ion oxi. Và trong một số dạng pin nhiên liệu, các ion oxi này sẽ kết hợp với các ion hydro vừa đi qua chất điện
phân từ anode của pin nhiên liệu để tạo thành nước, ở một số dạng pin nhiên liệu khác, các ion oxi sẽ di chuyển qua chất điện phân đến
anode, gặp kết hợp với các ion hydro ở đó để tạo thành nước. Như vậy, dù hydro và oxi cùng gặp nhau và kết hợp với nhau ở anode hay
cathode nhưng cuối cùng cũng tạo ra nước, thóat ra khỏi pin. Pin nhiên liệu sẽ liên tục phát điện khi vẫn được cung cấp hydro và oxi.

Trong pin nhiên liệu, các electron di chuyển từ anode sang cathode thơng qua một mạch điện bên ngồi, nên dịng điện đi qua
mạch điện có chiều từ cathode sang anode.

C. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

1/. ưu điểm :

+ Hiệu suất cao

+ Không ô nhiễm môi trường.

+ công tác ở phạm vi nhiệt độ tương đối rộng

+ Tổng hợp năng lượng tương đối cao

+ Pin nhiên liệu có khối lượng và thể tích nhỏ hơn.


C. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

2/. Nhược điểm :

+ Chi phí đầu tư ban đầu cao.

+ Tuổi thọ sử dụng ngắn.

+ Hydro không tồn tại ở trạng thái đơn chất, điều chế, sản xuất hydro rất khó khăn và tốn kém đơi khi nó dẫn đến ơ
nhiễm mơi trường.

+ u cầu kỹ thuật bình chứa nhiên liệu rất khắt khe.

+ hệ thống phụ trợ phức tạp kèm theo.

Company

LOGO

Thank You !