PIN NHIÊN LIỆU DÙNG METHANOL TRỰC TIẾP 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 500C1200C. 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. 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.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
TIỂU LUẬN
Đề tài:
PIN NHIÊN LIỆU DÙNG METHANOL TRỰC TIẾP
Giảng viên hướng dẫn: ThS HOÀNG TRÍ
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH HÓA
Trang 2Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2014
LỜI CẢM ƠN
Thế giới chúng ta đang bị phụ thuộc nặng nề vào một nền kinh tế nhiên liệu hóa thạch Nhiên liệu của đa số các phương tiện giao thông hiện đại: xe hơi, xe lửa, máy bay…
là xăng dầu Hơn nữa, một tỉ lệ khá cao các nhà máy điện là nhiệt điện dung dầu hỏa, khí thiên nhiên, hay than đá Nếu không có nhiên liệu hóa thạch, nề kinh tế cùng với các phương tiện giao thông liên lạc, vận tải,… sẽ rơi vào khủng hoảng, ngưng trệ Gần như toàn
bộ nề kinh tế, chính xác hơn là toàn bộ xã hội hiện đại đã phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch
Trong khi nhiên liệu hóa thạch đóng một vài trò quan trọng trong việc đưa xã hội đến mức phát triển như ngày nay thì nó cũng tồn tại những vấn đề nhức nhối lớn: ô nhiễm không khí, các vấn đề môi trường như tràn dầu, nguy hiểm và nóng bỏng hơn cả là vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu cùng với sự nóng lên của trái đất Ngoài ra, nhiên liệu hóa thạch chỉ là nguồn tài nguyên hữu hạn không thể được tái tạo, và nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch còn làm cho một số nước không có nhiều tài nguyên sẽ bị phụ thuộc vào những nước vốn có nguồn dầu dồi dào ở vùng Trung Đông, từ đó dẫn đến nhiều hệ quả chính trị và kinh
tế khác, thậm chí cả những cuộc chiến tranh giành dầu mỏ
Giữa bối cảnh đó, khái niệm về một nền kinh tế dựa trên nguồn năng lượng sạch, dồi dào phục vụ mục tiêu phát triển bền vững của nhân loại như một giải pháp đầy tiềm năng
Dù công nghệ vẫn mới chỉ chập chững ở những bước ban đầu nhưng DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) – pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp 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
Trang 3Dù đã rất cố gắng tìm hiểu từ nhiều nguồn thông tin, song cũng không tránh khỏi thiếu sót vì vậy rất mong nhận được sự giúp đỡ và đóng góp ý kiến từ thầy và các bạn để đề tài nghiên cứu được hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Tp Hồ Chí Minh, Ngày 01 tháng 11 năm 2014
SVTT: Nguyễn Thanh Hóa
TÓM TẮT TIỂU LUẬN PIN NHIÊN LIỆU DÙNG METHANOL TRỰC TIẾP
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 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
Trang 4Tp Hồ Chí Minh, Ngày 01 tháng 11 năm 2014
SVTT: Nguyễn Thanh Hóa
MỤC LỤC Trang LỜI CÁM ƠN iii
TÓM TẮT TIỂU LUẬN iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC BẢNG BIỂU vi
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT viii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIN NHIÊN LIỆU 1
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PIN NHIÊN LIỆU METHANOL TRỰC TIẾP 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO II
Trang 5DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Trang 6DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1: Sơ đồ một pin nhiên liệu 13
Hình 1.2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu 15
Hình 1.3: Sơ đồ một hệ thống pin nhiên liệu 18
Hình 1.4: Hiệu suất của pin nhiên liệu so với một số thiết bị tạo ra điện 43
Trang 7DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DMFC - Direct Methanol Fuel Cell.
DEFC - Direct Ethanol Fuel Cell.
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ PIN NHIÊN LIỆU
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
như: hydro (H2), metan (CH4), metanol (CH3OH), etanol (C2H5OH)…và oxy lấy từ
không khí Sản phẩm của quá trình chuyển hóa này gồm có nhiệt, điện năng, nước
và khí cacbonic Sau đây là một hệ thống đơn giản của pin nhiên liệu: