tiểu luận môn hóa lý

tiểu luận hóa lý 1 đề tài pin nhiên liếu file ppt kfhjgưkjsdddddddddddddddddddddddddddddddddddddgnvkjhbdsvn kạdnlkvnalkdmvklndklvnkladklvndnvklsmdvsdb sb sdqeiwghuoaoônnwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwgggggggggggggggggggvvvvvvvvmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmfffffewwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwwfoaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaàiwoooooooodkmckmvknaklnvla;

Đại Học Công Nghệ Đồng Nai

Khoa Khoa Học-Ứng Dụng-Sức Khỏe

Bài Tiểu Luận Môn Hóa Lý

Đề Tài:Pin Nhiên Liệu Giảng Viên Hướng Dẫn:Nguyễn Hải Đăng

Nhóm Sv:Nhóm 3

Danh sách thành viên nhóm

STT Họ Và Tên Mssv Nhiệm Vụ

1 Lê Xuân Hoàng Long(nt) 151901763 Soạn Chương 3,Tổng hợp

2 Ngô Dương Đức Chính 151901597 Soạn Chương 4,Tổng Hợp,Trình Bày

3 Lê Hoài Bảo 151901748 Soạn Chương 2

4 Lê Đình Đông 151901596 Soạn chương 1

Mục Tiêu Bài Học

-Biết được cấu tạo,hoạt động,tính ứng dụng… của pin nhiên liệu

-Trình bày tóm tắt được quá trình hoạt động,quá trình sản xuất,tính ứng dụng của pin nhiên liệu-Có cái nhìn khách quan về pin nhiên liệu-một nguồn năng lượng mới liệu có khả quan?

…

Lời Mở Đầu

Động cơ đốt trong hiện nay thải quá nhiều khí thải có hại cho sức khỏe con người và môi trường???Động cơ đốt trong tiêu tốn quá nhiều năng lượng mà hiệu suất không cao???

Các nguồn năng lượng có nguồn gốc hóa thạch đang dần cạn kiệt???

Pin,acquy… tuổi thọ không cao? Khi thải bỏ thải ra nhiều chất độc hại??

Lời Mở Đầu

Có Giải pháp nào cho tất cả các vấn đề trên hay không???

Xin chào! Tôi là pin nhiên liệu

Ý tưởng phát triển pin nhiên liệu

Hydro là nguồn năng lượng lý tưởng, có nhiệt năng riêng cao đồng thời không gây ô nhiễm môi trường Mặt khác, hydro có thể điều chế từ nhiều nguồn khác nhau nên không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch Từ đó, ý tưởng pin nhiên liệu sử dụng hydro ra đời.

I.Chương I:Các Khái Niệm Cơ Bản

1.Sơ lược về pin nhiên liệu(Fuel cell)

Thông tin từ một số nguồn:

 Theo Wikipedia: Các tế bào nhiên liệu, hay còn gọi là "pin nhiên liệu", biến đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu, thí dụ như là hiđro,

trực tiếp thành năng lượng điện.

 Theo devi-reneweble:Pin nhiên liệu là thiết bị điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng (thường là khí hydro, methanol, ethanol,và chất oxy

hóa như oxy) thành điện năng. 

 Pin nhiên liệu là một sản phẩm mới,có phần chưa được phổ biến So sánh với các loại pin cổ điện như lithium,acquy,lipo…Pin nhiên

liệu tạo ra dòng điện bằng cách sử dụng các phản ứng hóa học thường là cung cấp khí hidro vào để duy trì dòng điện và pin chỉ”hết điện” khi dòng khí hidro ngừng cung cấp nên có hiệu suất cao hơn đồng thời hạn chế tạo ra chất thải gây ô nhiễm môi trường

2.Cấu tạo cơ bản của một pin nhiên liệu

Mô phỏng một pin nhiên liệu

H 2 in/out Catot

Anot

 Pin nhiên liệu có cấu tạo đơn giản bao gồm ba lớp nằm trên nhau:

– Lớp thứ nhất là điện cực nhiên liệu – anode.

– Lớp thứ hai là chất điện giải dẫn proton – màng.

– Lớp thứ ba là điện cực khí oxy – cathode.

Hai điện cực được làm bằng chất dẫn điện (kim loại, than chì, …) Trên bề mặt các điện cực có phủ một lớp chất xúc tác Chất xúc tác làm bằng bột platinum, phủ rất mỏng lên giấy than hoặc vải than, rất nhám và rổ với những lỗ rất nhỏ Mặt nhám tiếp xúc với khí hydro và oxy, mặt phẳng mềm tiếp xúc với tác nhân hóa học.

 Chất điện giải được dùng từ nhiều chất khác nhau tùy thuộc vào loại của pin: có loại ở thể rắn, có loại ở thể lỏng và có cấu trúc màng Vì một pin riêng

lẻ chỉ tạo được một điện thế rất thấp cho nên tùy theo điện thế cần dùng thì nhiều pin được ghép lại với nhau, tức là chồng lên nhau Ngoài ra, hệ thống đầy đủ cần có các thiết bị phụ trợ như máy nén, máy bơm, để cung cấp các khí đầu vào, máy trao đổi nhiệt, hệ thống kiểm tra các yêu cầu, sự chắc chắn của vận hành máy, hệ thống dự trữ và điều chế nhiên liệu…

II.Chương II.Hoạt Động & Phân Loại Pin Nhiên Liệu

1.Mô tả khái quát

Tóm tắt hoạt động

 -Khí hidro đi vào dưới áp suất cao và xúc tác của Pt,mỗi phân tử H2 sẽ mất đi 2e để trở thành ion H + tập trung ở Anote(+)

 -Ở Catot,khí oxi đi vào và nhận 2e để trở thành O2- tập trung tại bề mặt catot

 -Trong điều kiện xúc tác đầy đủ,hai ion H+ và O2- sẽ kết hợp nhau tạo ra H2O đồng thời dòng e di chuyển từ anot sang catot tạo thành dòng chuyển dịch có hướng của các electron(định nghĩa về dòng điện) tạo ra dòng điện

Phản ứng tại anot: H2 →2H

+ +2e- Các proton H+ di chuyển trong chất điện giải xuyên qua màng đi đến catot Các điện tử được giải phóng đi từ anot qua mạch bên ngoài

về catot kết hợp với khí oxy và các ion H+ sinh ra nước đồng thời tạo ra dòng điện ở mạch ngoài

Phản ứng tại cathode: 1/2O2 + 2e - + 2H+ → H2 O

 Phản ứng tổng quát trong pin nhiên liệu: H2 + 1/2 O2 →H2O 

Video mô phỏng

Điều lý thú là bản thân pin nhiên liệu không chỉ cung cấp năng lượng mà còn cung cấp nước uống siêu sạch cho con người vì nước là chất thải của pin nhiên liệu hydro

3.Phân loại pin nhiên liệu

a)Pin nhiên liệu dùng màng polymer rắn làm chất điện giải (PEMFC)

Pin PEMFC

a)Pin nhiên liệu dùng màng polymer rắn làm chất điện giải (PEMFC)

-Pin PEMFC dễ bảo dưỡng,có hiệu suất và tính ổn định cao,nhiệt độ hoạt động của pin thấp,ít mài mòn và dễ bảo dưỡng

-Pin PEMFC đòi hỏi nguồn nguyên liệu tham gia phải có độ tinh khiết rất cao

b)Pin nhiên liệu dùng axit phosphoric (PAFC)

-Loại pin nhiên liệu này có tiềm năng phát triển rất lớn do có kích thước nhỏ gọn sử dụng cho các máy phát điện tư nhân.

Pin PAFC

b)Pin nhiên liệu dùng axit phosphoric (PAFC)

Tuy nhiên loại pin này có nhiệt độ hoạt động rất cao (300C-600C) nên cần nhiều nhiệt độ hơn để hâm nóng vì vậy việc đứa vào thị trường ô tô là gần như không thể

c)Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC)

-Pin SOFC có năng suất tương đối cao,hoạt động không cần chất xúc tác Pt nên giảm nguy cơ nhiễm độc CO.

Pin SOFC

c)Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC)

-Pin SOFC có khả năng hydro ở nhiệt độ cao dễ dàng,nguồn nguyên liệu đầu vào không yêu cầu sự

độ tinh khiết cao phù hợp cho các nhà máy phát điện

c)Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC)

-Tuy nhiên Pin SOFC lại đòi hỏi một nhiệt độ hoạt động rất cao,

quy trình bảo dưỡng chặt chẽ và độ tin cậy rất thấp.Vì lí do an toàn nên việc sử dụng pin SOFC trong thực tế là không thể.

d)Pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy (MCFC)

-Về cơ bản pin MCFC cũng giống như pin SOFC,có nhiệt độ hoạt động cao,sử dụng hơi nước để chạy tuabin thích hợp cho các nhà máy phát điện lớn

d)Pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy (MCFC)

-Độ tinh khiết của nguyên liệu cũng như chất xúc tác của pin MCFC không quá phức tạp như SOFC nên giá thành có phần rẻ hơn

-Do pin thường xuyên hoạt động ở nhiệt độ cao với các nguyên liệu nóng chảy nên độ bền rất thấp,độ tin cậy so với SOFC cũng gần như nhau nên việc đưa vào sử dụng cũng gần như không thể

e)Pin nhiên liệu kiềm (AFC)

-Pin AFC sử dụng chất điện giải là dung dịch kiềm của Kali,đã được sử dụng từ những năm 1960 ở Hoa Kỳ

-AFC có hiệu suất cao nên yêu cầu nguồn hydro và oxi tinh khiết cao và nhiệt độ hoạt động không cao như MCFC và SOFC

e)Pin nhiên liệu kiềm (AFC)

Tuy có nhiều ưu điểm nhưng giá thành sản xuất AFC quá cao dẫn đến giá pin rất đắt đỏ

f)Pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp(DMFC)

-DMFC sử dụng trực tiếp methanol làm nguyên liệu,có nhiệt độ hoạt động thấp,tuy nhiên sự thẩm thấu metanol làm hiệu suất của pin giảm

f)Pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp(DMFC)

3.Phân loại pin nhiên liệu

*Tổng kết

vận tải

nhân

III.Chương III.Ứng Dụng Và Sản Xuất Pin Nhiên Liệu Trong Thực Tế

1.Quá Trình Sản Xuất Pin Nhiên Liệu

*video mô tả

1.Quá Trình Sản Xuất Pin Nhiên Liệu

Nhận Xét:

-Quá trình sản xuất pin nhiên liệu diễn ra thủ công,đòi hỏi kĩ thuật cao từ con người và công nghệ máy móc hiện đại

-Việc tự động hóa quá trình sản xuất vẫn còn là một thách thức lớn

-Khi Pin nhiên liệu được đưa vào sử dụng rộng rãi thì đòi hỏi công nghệ sản xuất phải đáp ứng được

số lượng lớn và chất lượng cao.Đây là một vấn đề lớn cần giải quyết trong tương lai

2.Ứng dụng và phát triển của pin nhiên liệu trong tương lai

2.Ứng dụng và phát triển của pin nhiên liệu trong tương lai

Nhờ những ưu điểm như trên,pin nhiên liệu đã được giới công nghệ-năng lượng chú ý từ rất sớm Cụ thể như:

Một số loại xe sử dụng pin nhiên liệu làm năng lượng

2.Ứng dụng và phát triển của pin nhiên liệu trong tương lai

Một số phương tiện giao thông khác sử dụng pin nhiên liệu

2.Ứng dụng và phát triển của pin nhiên liệu trong tương lai

Một số thiết bị điện tử nhỏ như máy quay phim,điện thoại cũng được nghiên cứ sử dụng pin nhiên liệu

Điện thoại và máy quay phim sử dụng pin nhiên liệu

III.Chương III.Ứng Dụng Và Sản Xuất Pin Nhiên Liệu Trong Thực Tế

Với thực trạng đang trên đà phát triển như hiện tại,trong tương lai,pin nhiên liệu có tiềm năng thay thế một số nguồn năng đã cũ và trên đà cạn kiệt

Khả năng đưa vào sử dụng rộng rãi của pin nhiên liệu còn nhiều hạn chế …các yếu tố độ bền,an toàn,độ tin cậy cần được nâng cao hơn nữa

Một số công nghệ sản xuất pin nhiên liệu trên thế giới

-Sản xuất điện cực cacbon-chất xúc tác dạng tổ ong xốp, rỗng cho pin

nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (Hàn Quốc)

-Phương pháp sản xuất pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp dạng tấm phẳng (Nhật Bản)

-Sử dụng màng điện phân polymer cho pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp (Nhật Bản)

-Điện cực anode Pt-Ru có cấu trúc nano dùng trong pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp(Mỹ)

-Hoạt động của pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp trên nền methanol nguyên chất (Anh)

-Tại Việt Nam,Viện Vật lí kĩ thuật Tp HCM đang thực hiện tìm hiểu và nghiên cứu pin nhiên liệu sử dụng metanol trực tiếp

Chương IV:Pin Nhiên Liệu Và Vấn Đề Môi Trường

1.Ảnh Hưởng Của Pin Nhiên Liệu Đến Môi Trường

Có ba quá trình cần tìm hiểu

-Trong quá trình sản xuất

-Trong quá trình hoạt động

-Sau quá trình hoạt động

Chương IV:Pin Nhiên Liệu Và Vấn Đề Môi Trường

1.Ảnh Hưởng Của Pin Nhiên Liệu Đến Môi Trường

-Trong quá trình sản xuất

+Quá trình sản xuất pin nhiên đòi hỏi nhiều công nghệ phức tạp nên lượng chất thải ra môi trường ít nhiều cũng có ảnh hưởng tiêu cực

+Các pin nhiên liệu sử dụng hidro thì nguồn năng lượng sử dụng để sản xuất ra hidro cũng tốn kém đáng kể

+Các loại pin nhiên liệu sử dụng trực tiếp methanol thì lượng khí thải tương đương so với động cơ đốt trong

Chương IV:Pin Nhiên Liệu Và Vấn Đề Môi Trường

1.Ảnh Hưởng Của Pin Nhiên Liệu Đến Môi Trường

b)Trong quá trình hoạt động

Trong quá trình hoạt động,pin nhiên liệu sử dụng khí hydro làm chất nguyên liệu nên sản phẩm gần như chỉ có nước sạch,hầu hết không ảnh hưởng đến môi trường

Chương IV:Pin Nhiên Liệu Và Vấn Đề Môi Trường

1.Ảnh Hưởng Của Pin Nhiên Liệu Đến Môi Trường

c)Sau quá trình hoạt động

Không giống như acquy hay pin lipi,lithium… sau khi hư hỏng sẽ thải ra môi trường một lượng lớn chất thải độc hại như axit sunfuric,chì,thủy ngân,cadimi,pin nhiên liệu tạo nên từ các tế bào nhiên liệu thân thiện với môi trường nên quá trình thải bỏ không đáng ngại

c)Sau quá trình hoạt động

Pin Nhiên Liệu

Ảnh hưởng đến môi trường

2.Ưu,Nhược Điểm Của Pin Nhiên Liệu

*Ưu Điểm:

-Hiệu suất hoạt động cao(40-80%) khi tận dụng cả nhiệt và điện

-Quá trình hoạt động gần như không phát khí thải,tiếng ồn

*Ưu Điểm:

-Nguồn năng lượng H2 gần như vô tận vì quá trình sản xuất H2 từ nước sau khi hoạt động lại trả lại nước như ban đầu

*Ưu Điểm:

Pin nhiên liệu hoạt động không cần chuyển động quay hay các chuyển động cơ học vì vậy độ tin cậy cao hơn do giảm thiểu các mài mòn do ma sát & các lực khác.

Pin nhiên liệu sử dụng như một nhà máy phát điện có thể giảm lượng khí thải nhà kính đến 4%

Thời gian nạp nhiên liệu nhanh: Chỉ cần nạp trực tiếp nhiên liệu vào bình là sử dụng được ngay Khác với pin truyền thống phải nạp điện trong thời gian dài mới dùng được.

Tóm lại:Công nghệ tế bào nhiên liệu vẫn thân thiện với môi trường hơn

2.Ưu,Nhược Điểm Của Pin Nhiên Liệu

*Nhược điểm

-Giá thành sản xuất còn cao,các bộ phận,chất xúc tác đều là vật liệu đắt tiền

-Phương pháp sản xuất H2 hiện tại vẫn là chưng cất không khí hoặc điện phân nước tiêu tốn đáng kể năng lượng …

Giá sản phẩm bị đẩy lên cao

Chương V: Kết Luận Và Đánh Giá

-Pin nhiên liệu vời những ưu điểm vượt trội là một nguồn năng lượng mới có tiềm năng thay thế một số loại năng lượng hóa thạch đã cũ và đang dần cạn kiệt

-Các quy trình sản xuất,sử dụng pin nhiên liệu vẫn là một thách thức lớn làm lung lay vị trí của pin nhiên liệu trên sàn năng lượng thế giới

Chương V: Kết Luận Và Đánh Giá

-Tại Việt Nam thuật ngữ pin nhiên liệu còn rất mới lạ,chưa phổ biến… Việc làm phổ biến và đưa vào

sử dụng rộng rãi vẫn là khó khăn cần khắc phục trong tương lai

-Nghiên cứu về pin nhiên liệu đã và đang phát triển mạnh từ 10 năm trở lại đây, trong đó sản xuất pin nhiên liệu là hướng nghiên cứu chủ yếu, tiếp theo là hướng nghiên cứu ứng dụng pin nhiên liệu trong máy phát điện Các hướng nghiên cứu khác như dùng pin nhiên liệu trong các loại xe điện hay các phương tiện vận chuyển còn tương đối ít

-The