Pin Nhiên Liệu Kẽm Không Khí

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 (18111896) nhà khoa học tự nhiên xứ Wales vào năm 1839. Phát minh dựa trên cơ sở của quá trình điện phân nước. Ông Grove tin rằng, nếu có thể tách nước thành hydro và oxy nhờ vào năng lượng điện thì quá trình ngược lại cũng có thể xảy ra, tức là có thể sản xuất ra dòng điện bằng cách kết hợp hydro và oxy. Ở thời điểm này, platin được xem là chất xúc tác cho phản ứng giữa hydro và oxy. Dựa vào các giả thiết đó, ông Grove đã chế tạo thành công mô hình thực nghiệm đầu tiên của pin nhiên liệu, bao gồm hai điện cực platin được bao trùm bởi hai ống hình trụ bằng thủy tinh, một ống chứa hydro và ống kia chứa oxy. Khi chúng được nhúng trong axit sulfuric loãng, một dòng điện xuất hiện giữa hai điện cực và nước được sinh ra trong các ống. Để tăng điện áp đầu ra, ông đã liên kết nhiều thiết bị với nhau và tạo thành một thiết bị gọi là acquy khí”. Năm 1889, hai nhà hóa học Ludwig Mond và Charles Langer đã cố gắng phát triển mô hình của Grove vào ứng dụng trong thực tế bằng việc sử dụng không khí và khí than đá làm nhiên liệu. Thuật ngữ “pin nhiên liệu” cũng bắt nguồn từ đây.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 không 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 pin nhiên liệu kẽm không khí lựa khả thi nhất về mặt kỹ thuật và kinh thế với sự kết hợp giữa oxi trong không khí và kẽm được điện phân trong môi trường kiềm lỏng để sản xuất điện với một sản phẩm phụ là oxit kẽm. Khi quá trình này được đảo ngược trong thời gian sạc thì oxi và kẽm kim loại được tái sinh. Trong đó đáng chú ý nhất là sự kết hợp giữa cabaltoxit và hydroxit của hợp kim NiFe tạo ra pin kẽm không khí có mật độ năng lượng cao gấp 2 lần pin lithiumion hiện tại. Phát hiện này là một bước quan trọng hướng đến việc phát triển pin kẽm không khí có thể sạc lại mặc dù còn nhiều thách thức khác liên quan đến thời gian hoạt động của điện cực kẽm.

CHÀO MỪNG THẦY

VÀ CÁC BẠN

Trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP.hcm

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

GVHD : HOÀNG TRÍ

SVTH : TRẦN MINH TRÍ

III Cấu tạo

II Phân loại

IV Hệ thống pin nhiên liệu

I Định nghĩa

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

A Lịch sử hình thành và phát triển

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

Grove (1811-1896) nhà khoa học tự nhiên xứ Wales vào năm 1839

Phát minh dựa trên cơ sở của quá trình điện phân nước Ông Grove tin rằng, nếu có thể tách nước thành hydro và oxy nhờ vào năng lượng điện thì quá trình ngược lại cũng có thể xảy ra, tức là có thể sản xuất ra dòng 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, không 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 /không 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/ không khí có thể sạc lại mặc dù còn nhiều thách thức khác liên quan đến thời gian hoạt động của điện cực kẽm

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 dùng màng điện phân.

+ Pin nhiên liệu kiềm.

+ Pin nhiên liệu axit photphoric.

+ Pin nhiên liệu oxit rắn.

+ Pin nhiên liệu muối cacbonate nóng chảy.

Pin nhiên liệu hiện nay có 5 loại chính.

III/.Cấu tạo :

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

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

B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

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

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 không bao giờ tự thay đổi.

B ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

IV/ Hệ thống pin nhiên liệu :

hoặc rắn thành các nhiên liệu phù hợp với các phản ứng xảy ra ở các điện cực.

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

Bộ điều hòa công suất : Dòng điện do pin tạo ra thường không 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 thông qua một turbine khí hay sử dụng cho một công nghệ nào đó nhằm tận dụng triệt để nhiệt độ phát sinh

Ngoài ra, trong hệ thống pin nhiên liệu còn có các hệ thống phụ để xử 

lý độ ẩm, nhiệt độ, áp suất khí và nước thải của pin nhiên liệu,…

V/ Nguyên lý hoạt động:

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

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

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.

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 ngoài, tạo ra dòng 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 thông qua một mạch điện bên ngoài, nên dòng điện đi qua mạch điện có chiều từ cathode sang anode

C ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM

1/ ưu điểm :

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

+ 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

2/ Nhược điểm :

+ Chi phí đầu tư ban đầu cao.

+ hệ thống phụ trợ phức tạp kèm theo.

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

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

+ Tuổi thọ sử dụng ngắn

LOGO

Thank You !