Tổng quan về pin nhiên liệu - fuel cells

Cùng với sự khan hiếm về nguồn năng lượng hoá thạch ,cùng với tình trạng ô nhiễm do khí thải ô tô gây ra . Các nguồn năng lượng sạch cho ô tô đang được nghiên cứu trong đó, nguồn năng lượng điện mà đặc biệt là sự phát triển hệ thống pin nhiên đang được phát triển

Những tác nhân hình thành và phát triển của pin nhiên liệu:
Ngày nay, trong xã hội hầu hết các nguồn năng lượng được cung cấp từ nhiên liệu hóa thạch. Xã hội càng phát triển nguồn nhiên liệu tiêu thụ càng nhiều kéo theo các khí thải cacbon dioxide (CO2) càng tăng. Trong xã hội phát triển ô tô đóng vai trò chính trong sự phát triển công nghiệp và kinh tế cũng như thõa mãn các nhu cầu của cuộc sống. Vì vậy ô tô là nguồn gây ô nhiễm lớn đến môi trường, lượng ô tô hiện nay khoảng 740 triệu chiếc và ngày càng tăng nhanh.
Theo dự đoán, nếu với đà tiêu thụ này thì nguồn năng lượng chúng ta sẽ bị cạn kiệt vào nửa sau thế kỷ 21. Vì vậy, chúng ta cần cải tiến hiệu suất của động cơ cũng như tìm ra các nguồn năng lượng mới để thay thế chúng.

Hình: 1 Dự báo về xu hướng nhu sử dụng nguồn nhiên liệu thế giới

Ô tô sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch ngoài các chất độc hại như NOX, CO, HC và PM còn có lượng khí thải khá lớn là CO2 không thể không chế được (vì đây là sản phẩm tất yếu của quá trình oxi hóa chất hữu cơ). Mà CO2 là chất gây ra hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân làm tăng dần nhiệt độ trái đất. Theo tính toán lượng CO2 do xe cơ giới thải ra chím khoảng 18%.

Hình: 2 Lượng CO2 thải ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu tăng lên (năm 2000)

Theo tốc độ phát triển ô tô hiện nay cùng với sự khan hiếm về nguồn năng lượng hoá thạch sử dụng, một vấn đề cấp bách không kém đang đặt ra là tình trạng ô nhiễm môi trường do ô tô gây ra. Để khắc phục điều này hàng loạt giải pháp đã được thực hiện như: ứng dụng kỹ thuật đốt nghèo trong động cơ, tìm các nguồn năng lượng mới, nguồn năng lượng sạch cho ô tô thay thế nguồn năng lượng hóa thạch. Trong đó, nguồn năng lượng điện mà đặc biệt là sự phát triển hệ thống pin nhiên liệu sử dụng nguyên liệu H2 đang được phát triển mạnh.

Hình 3. Xu hướng phát triển của động cơ ôtô

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

Hình: 4 Các nguồn nguyên liệu có thể điều chế hydro

Lịch sử của pin nhiên liệu - fuel cells
- William Robert Grove (1811 – 1896), một luật gia – nhà vật lý người Anh đã tạo ra pin nhiên liệu đầu tiên vào năm 1839.
- Vào năm 1900 các nghiên cứu đã chuyển trực tiếp năng lượng hoá học của các dạng năng lượng hoá thạch sang điện năng, tiêu biểu là hệ thống pin nhiên liệu Hydro ra đời.
- Vào 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.
- Ơ 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.
- Năm 1970 K.Kordesh xây dựng bộ pin nhiên liệu kết hợp acqui trên một ô tô lai 4 chỗ và đã hoạt động được 3 năm ở thành phố thường xảy ra kẹt xe.
- 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.
- Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) được phát triển vào thập niên 1990.
- Vào những năm 1990 pin nhiên liệu dạng màng (PEFC) xuất hiện với mật độ công suất thu được rất cao.

Hình: 5 pin lithium-ion mới của Porsche

Ưu và nhược điểm của pin nhiên liệu:
+ Ưu điểm:
- Pin nhiên liệu có thể được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như: bệnh viện, các phương tiện vận chuyển, trạm không gian, khách sạn, các nhu cầu sinh hoạt của con người….
- So với năng lượng truyền thống, pin nhiên liệu không gây ô nhiễm môi trường; sản phẩm thải ra là H2O.
- Hiệu suất cao > 60%.
- Độ tin cậy cao.
- Không gây ra tiếng ồn.
+ Nhược điểm: giá thành cao (hệ thống pin nhiên liệu loại màng khoảng 20.000 $ trên một đơn vị KW).
 
Oto-Hui theo tài liệu tham khảo của Thạc sỹ Văn Thị Bông