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Tài liệu PIN NHIEN LIEU pdf
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Mô tả chi tiết
Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP.HCM – Khoa Cơ khí Động lực
MUÏC LUÏC
MUÏC LUÏC..............................................................................................................1
CHÖÔNG 1.............................................................................................................7
KHAÙI QUAÙT VEÀ...................................................................................................7
PIN NHIEÂN LIEÄU.................................................................................................7
Chöông 1.................................................................................................................8
KHAÙI QUAÙT VEÀ PIN NHIEÂN LIEÄU..................................................................8
1.1.KHAÙI NIEÄM VEÀ PIN NHIEÂN LIEÄU...........................................................8
1.2.LÒCH SÖÛ HÌNH THAØNH PIN NHIEÂN LIEÄU..............................................9
1.3.CAÁU TAÏO CHUNG VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CÔ BAÛN CUÛA
PIN NHIEÂN LIEÄU...................................................................................12
1.3.1.Caáu taïo chung cuûa pin nhieân lieäu ñôn giaûn..................................12
1.3.2.Nguyeân lyù hoaït ñoäng cô baûn cuûa pin nhieân lieäu..........................13
1.4.SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG THUAÄN NGHÒCH CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU............15
1.5.CUÏM PIN NHIEÂN LIEÄU VAØ HEÄ THOÁNG PIN NHIEÂN LIEÄU................18
1.5.1.Cuïm pin nhieân lieäu........................................................................18
1.5.2.Heä thoáng pin nhieân lieäu.................................................................19
CHÖÔNG 2...........................................................................................................21
CAÙC KIEÅU...........................................................................................................21
PIN NHIEÂN LIEÄU...............................................................................................21
Chöông 2...............................................................................................................22
CAÙC KIEÅU PIN NHIEÂN LIEÄU..........................................................................22
2.1.PHAÂN LOAÏI PIN NHIEÂN LIEÄU................................................................22
2.2.GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ LOAÏI PIN NHIEÂN LIEÄU CHÍNH......................23
2.2.1.Pin nhieân lieäu duøng maøng ñieän phaân polymer (PEMFC)............23
2.2.2.Pin nhieân lieäu duøng methanol tröïc tieáp (DMFC).........................28
2.2.3.Pin nhieân lieäu kieàm (AFC)............................................................30
2.2.4.Pin nhieân lieäu axit phosphoric (PAFC).........................................32
2.2.5.Pin nhieân lieäu muoái carbonate noùng chaûy (MCFC).....................33
2.2.6.Pin nhieân lieäu oxit raén (SOFC).....................................................35
CHÖÔNG 3...........................................................................................................37
CAÙC CHÆ TIEÂU ÑAÙNH GIAÙ PIN NHIEÂN LIEÄU...........................................37
Chöông 3...............................................................................................................38
CAÙC CHÆ TIEÂU ÑAÙNH GIAÙ PIN NHIEÂN LIEÄU...........................................38
3.1.HIEÄU SUAÁT CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU......................................................38
3.1.1.Hieäu suaát lyù töôûng cuûa pin nhieân lieäu..........................................38
3.1.2.Hieäu suaát ñieän aùp cuûa pin nhieân lieäu............................................39
3.1.3.Hieäu suaát söû duïng nhieân lieäu........................................................41
3.1.4.Hieäu suaát toång quaùt cuûa pin nhieân lieäu........................................42
Chuyeân ñeà veà pin nhieân lieäu (Fuel Cell) 1
Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP.HCM – Khoa Cơ khí Động lực
3.2.NHIEÂN LIEÄU SÖÛ DUÏNG CHO PIN NHIEÂN LIEÄU..................................42
3.2.1.Saûn xuaát hydro...............................................................................42
3.2.2.Löu chöùa hydro..............................................................................45
3.2.3.Phaân phoái hydro.............................................................................48
3.2.4.Saûn xuaát hydro tröïc tieáp treân heä thoáng pin nhieân lieäu................49
3.2.5.Vaán ñeà an toaøn cuûa nhieân lieäu hydro...........................................50
3.2.6.Tæ leä hoøa troän giöõa nhieân lieäu vaø chaát oxy hoùa............................52
3.3.SÖÏ TAÙC ÑOÄNG CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU ÑEÁN MOÂI TRÖÔØNG............53
3.4.CHI PHÍ CHEÁ TAÏO VAØ SÖÛ DUÏNG PIN NHIEÂN LIEÄU..........................54
3.5.PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU....................................55
3.5.1.Caùc öùng duïng caàm tay...................................................................55
3.5.2.Caùc öùng duïng tónh taïi....................................................................56
3.5.3.Caùc öùng duïng di ñoäng....................................................................56
3.6.ÑAÙNH GIAÙ ÖU ÑIEÅM VAØ NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU...57
3.6.1.Öu ñieåm..........................................................................................57
3.6.2.Nhöôïc ñieåm....................................................................................60
CHÖÔNG 4...........................................................................................................61
ÖÙNG DUÏNG CUÛA...............................................................................................61
PIN NHIEÂN LIEÄU...............................................................................................61
TREÂN OÂTOÂ..........................................................................................................61
Chöông 4...............................................................................................................62
ÖÙNG DUÏNG CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU TREÂN OÂTOÂ........................................62
4.1.KHAÙI QUAÙT VEÀ OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU...............................................62
4.2.PHAÂN LOAÏI OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU......................................................65
4.2.1.OÂtoâ pin nhieân lieäu söû duïng nhieân lieäu thöù caáp............................65
4.2.2. OÂtoâ pin nhieân lieäu söû duïng hydro tröïc tieáp.................................65
4.3.CAÙC THAØNH PHAÀN CHÍNH TREÂN OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU...............66
4.3.1.Heä thoáng pin nhieân lieäu.................................................................66
4.3.2.Thuøng chöùa nhieân lieäu...................................................................66
4.3.3.Boä chuyeån ñoåi nhieân lieäu (thieát bò taïo ra hydro).........................67
4.3.4.Nguoàn coâng suaát cöïc ñaïi...............................................................69
4.3.5.Ñoäng cô ñieän..................................................................................72
4.3.6.Boä chuyeån ñoåi ñieän.......................................................................73
4.4.BOÁ TRÍ HEÄ THOÁNG TRUYEÀN LÖÏC TREÂN OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU. .74
4.5.HOAÏT ÑOÄNG CUÛA OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU..........................................75
4.5.1.Caùc cheá ñoä vaän haønh cuûa oâtoâ pin nhieân lieäu...............................75
4.5.2.Söï dao ñoäng naêng löôïng cuûa PPS.................................................83
4.6.GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU.....................................84
4.6.1.OÂtoâ pin nhieân lieäu cuûa General Motors (GM).............................84
4.6.2.OÂtoâ pin nhieân lieäu cuûa Pininfarina...............................................85
4.7.SO SAÙNH HIEÄU SUAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÛA OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU
VÔÙI CAÙC LOAÏI OÂTOÂ KHAÙC................................................................87
Chuyeân ñeà veà pin nhieân lieäu (Fuel Cell) 2
Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP.HCM – Khoa Cơ khí Động lực
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO..................................................................................92
MUÏC LUÏC..............................................................................................................1
CHÖÔNG 1.............................................................................................................7
KHAÙI QUAÙT VEÀ...................................................................................................7
PIN NHIEÂN LIEÄU.................................................................................................7
Chöông 1.................................................................................................................8
KHAÙI QUAÙT VEÀ PIN NHIEÂN LIEÄU..................................................................8
1.1.KHAÙI NIEÄM VEÀ PIN NHIEÂN LIEÄU...........................................................8
1.2.LÒCH SÖÛ HÌNH THAØNH PIN NHIEÂN LIEÄU..............................................9
1.3.CAÁU TAÏO CHUNG VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CÔ BAÛN CUÛA
PIN NHIEÂN LIEÄU...................................................................................12
1.3.1.Caáu taïo chung cuûa pin nhieân lieäu ñôn giaûn..................................12
1.3.2.Nguyeân lyù hoaït ñoäng cô baûn cuûa pin nhieân lieäu..........................13
1.4.SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG THUAÄN NGHÒCH CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU............15
1.5.CUÏM PIN NHIEÂN LIEÄU VAØ HEÄ THOÁNG PIN NHIEÂN LIEÄU................18
1.5.1.Cuïm pin nhieân lieäu........................................................................18
1.5.2.Heä thoáng pin nhieân lieäu.................................................................19
CHÖÔNG 2...........................................................................................................21
CAÙC KIEÅU...........................................................................................................21
PIN NHIEÂN LIEÄU...............................................................................................21
Chöông 2...............................................................................................................22
CAÙC KIEÅU PIN NHIEÂN LIEÄU..........................................................................22
2.1.PHAÂN LOAÏI PIN NHIEÂN LIEÄU................................................................22
2.2.GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ LOAÏI PIN NHIEÂN LIEÄU CHÍNH......................23
2.2.1.Pin nhieân lieäu duøng maøng ñieän phaân polymer (PEMFC)............23
2.2.1.1. Caáu taïo cuûa PEMFC........................................................23
2.2.1.2. Nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa PEMFC..................................26
2.2.1.3. AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä, aùp suaát vaø ñoä aåm...................27
2.2.2.Pin nhieân lieäu duøng methanol tröïc tieáp (DMFC).........................28
2.2.3.Pin nhieân lieäu kieàm (AFC)............................................................30
2.2.3.1. Caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng.....................................30
2.2.3.2. Caùc ñaëc ñieåm...................................................................31
2.2.4.Pin nhieân lieäu axit phosphoric (PAFC).........................................32
2.2.4.1. Caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng.....................................32
2.2.4.2. Caùc ñaëc ñieåm...................................................................33
2.2.5.Pin nhieân lieäu muoái carbonate noùng chaûy (MCFC).....................33
2.2.5.1. Caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng.....................................33
2.2.5.2. Caùc ñaëc ñieåm...................................................................34
2.2.6.Pin nhieân lieäu oxit raén (SOFC).....................................................35
2.2.6.1. Caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng.....................................35
2.2.6.2. Caùc ñaëc ñieåm...................................................................35
CHÖÔNG 3...........................................................................................................37
Chuyeân ñeà veà pin nhieân lieäu (Fuel Cell) 3
Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP.HCM – Khoa Cơ khí Động lực
CAÙC CHÆ TIEÂU ÑAÙNH GIAÙ PIN NHIEÂN LIEÄU...........................................37
Chöông 3...............................................................................................................38
CAÙC CHÆ TIEÂU ÑAÙNH GIAÙ PIN NHIEÂN LIEÄU...........................................38
3.1.HIEÄU SUAÁT CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU......................................................38
3.1.1.Hieäu suaát lyù töôûng cuûa pin nhieân lieäu..........................................38
3.1.2.Hieäu suaát ñieän aùp cuûa pin nhieân lieäu............................................39
3.1.3.Hieäu suaát söû duïng nhieân lieäu........................................................41
3.1.4.Hieäu suaát toång quaùt cuûa pin nhieân lieäu........................................42
3.2.NHIEÂN LIEÄU SÖÛ DUÏNG CHO PIN NHIEÂN LIEÄU..................................42
3.2.1.Saûn xuaát hydro...............................................................................42
3.2.2.Löu chöùa hydro..............................................................................45
3.2.3.Phaân phoái hydro.............................................................................48
3.2.4.Saûn xuaát hydro tröïc tieáp treân heä thoáng pin nhieân lieäu................49
3.2.5.Vaán ñeà an toaøn cuûa nhieân lieäu hydro...........................................50
3.2.6.Tæ leä hoøa troän giöõa nhieân lieäu vaø chaát oxy hoùa............................52
3.3.SÖÏ TAÙC ÑOÄNG CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU ÑEÁN MOÂI TRÖÔØNG............53
3.4.CHI PHÍ CHEÁ TAÏO VAØ SÖÛ DUÏNG PIN NHIEÂN LIEÄU..........................54
3.5.PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU....................................55
3.5.1.Caùc öùng duïng caàm tay...................................................................55
3.5.2.Caùc öùng duïng tónh taïi....................................................................56
3.5.3.Caùc öùng duïng di ñoäng....................................................................56
3.6.ÑAÙNH GIAÙ ÖU ÑIEÅM VAØ NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU...57
3.6.1.Öu ñieåm..........................................................................................57
3.6.2.Nhöôïc ñieåm....................................................................................60
CHÖÔNG 4...........................................................................................................61
ÖÙNG DUÏNG CUÛA...............................................................................................61
PIN NHIEÂN LIEÄU...............................................................................................61
TREÂN OÂTOÂ..........................................................................................................61
Chöông 4...............................................................................................................62
ÖÙNG DUÏNG CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU TREÂN OÂTOÂ........................................62
4.1.KHAÙI QUAÙT VEÀ OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU...............................................62
4.2.PHAÂN LOAÏI OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU......................................................65
4.2.1.OÂtoâ pin nhieân lieäu söû duïng nhieân lieäu thöù caáp............................65
4.2.2. OÂtoâ pin nhieân lieäu söû duïng hydro tröïc tieáp.................................65
4.3.CAÙC THAØNH PHAÀN CHÍNH TREÂN OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU...............66
4.3.1.Heä thoáng pin nhieân lieäu.................................................................66
4.3.2.Thuøng chöùa nhieân lieäu...................................................................66
4.3.3.Boä chuyeån ñoåi nhieân lieäu (thieát bò taïo ra hydro).........................67
4.3.4.Nguoàn coâng suaát cöïc ñaïi...............................................................69
4.3.5.Ñoäng cô ñieän..................................................................................72
4.3.6.Boä chuyeån ñoåi ñieän.......................................................................73
4.4.BOÁ TRÍ HEÄ THOÁNG TRUYEÀN LÖÏC TREÂN OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU. .74
Chuyeân ñeà veà pin nhieân lieäu (Fuel Cell) 4
Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP.HCM – Khoa Cơ khí Động lực
4.5.HOAÏT ÑOÄNG CUÛA OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU..........................................75
4.5.1.Caùc cheá ñoä vaän haønh cuûa oâtoâ pin nhieân lieäu...............................75
4.5.2.Söï dao ñoäng naêng löôïng cuûa PPS.................................................83
4.6.GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU.....................................84
4.6.1.OÂtoâ pin nhieân lieäu cuûa General Motors (GM).............................84
4.6.2.OÂtoâ pin nhieân lieäu cuûa Pininfarina...............................................85
4.7.SO SAÙNH HIEÄU SUAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÛA OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU
VÔÙI CAÙC LOAÏI OÂTOÂ KHAÙC................................................................87
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO..................................................................................92
MUÏC LUÏC..............................................................................................................1
CHÖÔNG 1.............................................................................................................7
KHAÙI QUAÙT VEÀ...................................................................................................7
PIN NHIEÂN LIEÄU.................................................................................................7
Chöông 1.................................................................................................................8
KHAÙI QUAÙT VEÀ PIN NHIEÂN LIEÄU..................................................................8
1.1.KHAÙI NIEÄM VEÀ PIN NHIEÂN LIEÄU...........................................................8
1.2.LÒCH SÖÛ HÌNH THAØNH PIN NHIEÂN LIEÄU..............................................9
1.3.CAÁU TAÏO CHUNG VAØ NGUYEÂN LYÙ HOAÏT ÑOÄNG CÔ BAÛN CUÛA
PIN NHIEÂN LIEÄU...................................................................................12
1.3.1.Caáu taïo chung cuûa pin nhieân lieäu ñôn giaûn..................................12
1.3.2.Nguyeân lyù hoaït ñoäng cô baûn cuûa pin nhieân lieäu..........................13
1.4.SÖÙC ÑIEÄN ÑOÄNG THUAÄN NGHÒCH CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU............15
1.5.CUÏM PIN NHIEÂN LIEÄU VAØ HEÄ THOÁNG PIN NHIEÂN LIEÄU................18
1.5.1.Cuïm pin nhieân lieäu........................................................................18
1.5.2.Heä thoáng pin nhieân lieäu.................................................................19
CHÖÔNG 2...........................................................................................................21
CAÙC KIEÅU...........................................................................................................21
PIN NHIEÂN LIEÄU...............................................................................................21
Chöông 2...............................................................................................................22
CAÙC KIEÅU PIN NHIEÂN LIEÄU..........................................................................22
2.1.PHAÂN LOAÏI PIN NHIEÂN LIEÄU................................................................22
2.2.GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ LOAÏI PIN NHIEÂN LIEÄU CHÍNH......................23
2.2.1.Pin nhieân lieäu duøng maøng ñieän phaân polymer (PEMFC)............23
2.2.2.Pin nhieân lieäu duøng methanol tröïc tieáp (DMFC).........................28
2.2.3.Pin nhieân lieäu kieàm (AFC)............................................................30
2.2.4.Pin nhieân lieäu axit phosphoric (PAFC).........................................32
2.2.5.Pin nhieân lieäu muoái carbonate noùng chaûy (MCFC).....................33
2.2.6.Pin nhieân lieäu oxit raén (SOFC).....................................................35
CHÖÔNG 3...........................................................................................................37
CAÙC CHÆ TIEÂU ÑAÙNH GIAÙ PIN NHIEÂN LIEÄU...........................................37
Chöông 3...............................................................................................................38
CAÙC CHÆ TIEÂU ÑAÙNH GIAÙ PIN NHIEÂN LIEÄU...........................................38
Chuyeân ñeà veà pin nhieân lieäu (Fuel Cell) 5
Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP.HCM – Khoa Cơ khí Động lực
3.1.HIEÄU SUAÁT CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU......................................................38
3.1.1.Hieäu suaát lyù töôûng cuûa pin nhieân lieäu..........................................38
3.1.2.Hieäu suaát ñieän aùp cuûa pin nhieân lieäu............................................39
3.1.3.Hieäu suaát söû duïng nhieân lieäu........................................................41
3.1.4.Hieäu suaát toång quaùt cuûa pin nhieân lieäu........................................42
3.2.NHIEÂN LIEÄU SÖÛ DUÏNG CHO PIN NHIEÂN LIEÄU..................................42
3.2.1.Saûn xuaát hydro...............................................................................42
3.2.2.Löu chöùa hydro..............................................................................45
3.2.3.Phaân phoái hydro.............................................................................48
3.2.4.Saûn xuaát hydro tröïc tieáp treân heä thoáng pin nhieân lieäu................49
3.2.5.Vaán ñeà an toaøn cuûa nhieân lieäu hydro...........................................50
3.2.6.Tæ leä hoøa troän giöõa nhieân lieäu vaø chaát oxy hoùa............................52
3.3.SÖÏ TAÙC ÑOÄNG CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU ÑEÁN MOÂI TRÖÔØNG............53
3.4.CHI PHÍ CHEÁ TAÏO VAØ SÖÛ DUÏNG PIN NHIEÂN LIEÄU..........................54
3.5.PHAÏM VI ÖÙNG DUÏNG CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU....................................55
3.5.1.Caùc öùng duïng caàm tay...................................................................55
3.5.2.Caùc öùng duïng tónh taïi....................................................................56
3.5.3.Caùc öùng duïng di ñoäng....................................................................56
3.6.ÑAÙNH GIAÙ ÖU ÑIEÅM VAØ NHÖÔÏC ÑIEÅM CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU...57
3.6.1.Öu ñieåm..........................................................................................57
3.6.2.Nhöôïc ñieåm....................................................................................60
CHÖÔNG 4...........................................................................................................61
ÖÙNG DUÏNG CUÛA...............................................................................................61
PIN NHIEÂN LIEÄU...............................................................................................61
TREÂN OÂTOÂ..........................................................................................................61
Chöông 4...............................................................................................................62
ÖÙNG DUÏNG CUÛA PIN NHIEÂN LIEÄU TREÂN OÂTOÂ........................................62
4.1.KHAÙI QUAÙT VEÀ OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU...............................................62
4.2.PHAÂN LOAÏI OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU......................................................65
4.2.1.OÂtoâ pin nhieân lieäu söû duïng nhieân lieäu thöù caáp............................65
4.2.2. OÂtoâ pin nhieân lieäu söû duïng hydro tröïc tieáp.................................65
4.3.CAÙC THAØNH PHAÀN CHÍNH TREÂN OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU...............66
4.3.1.Heä thoáng pin nhieân lieäu.................................................................66
4.3.2.Thuøng chöùa nhieân lieäu...................................................................66
4.3.3.Boä chuyeån ñoåi nhieân lieäu (thieát bò taïo ra hydro).........................67
4.3.4.Nguoàn coâng suaát cöïc ñaïi...............................................................69
4.3.5.Ñoäng cô ñieän..................................................................................72
4.3.6.Boä chuyeån ñoåi ñieän.......................................................................73
4.4.BOÁ TRÍ HEÄ THOÁNG TRUYEÀN LÖÏC TREÂN OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU. .74
4.5.HOAÏT ÑOÄNG CUÛA OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU..........................................75
4.5.1.Caùc cheá ñoä vaän haønh cuûa oâtoâ pin nhieân lieäu...............................75
4.5.2.Söï dao ñoäng naêng löôïng cuûa PPS.................................................83
Chuyeân ñeà veà pin nhieân lieäu (Fuel Cell) 6
Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP.HCM – Khoa Cơ khí Động lực
4.6.GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU.....................................84
4.6.1.OÂtoâ pin nhieân lieäu cuûa General Motors (GM).............................84
4.6.2.OÂtoâ pin nhieân lieäu cuûa Pininfarina...............................................85
4.7.SO SAÙNH HIEÄU SUAÁT NAÊNG LÖÔÏNG CUÛA OÂTOÂ PIN NHIEÂN LIEÄU
VÔÙI CAÙC LOAÏI OÂTOÂ KHAÙC................................................................87
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO..................................................................................92
CHÖÔNG 1
KHAÙI QUAÙT VEÀ
PIN NHIEÂN LIEÄU
----- o0o -----
Chuyeân ñeà veà pin nhieân lieäu (Fuel Cell) 7
Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP.HCM – Khoa Cơ khí Động lực
Chöông 1
KHAÙI QUAÙT VEÀ PIN NHIEÂN LIEÄU
1.1. KHAÙI NIEÄM VEÀ PIN NHIEÂN LIEÄU
Pin nhieân lieäu laø moät thieát bò coù theå chuyeån ñoåi tröïc tieáp hoùa naêng cuûa
nhieân lieäu thaønh ñieän naêng nhôø vaøo caùc quaù trình ñieän hoùa.
Hai nhieân lieäu cô baûn caàn thieát cho pin nhieân lieäu vaän haønh laø hydro
(hoaëc nhieân lieäu giaøu hydro) vaø oxy (thöôøng laø oxy töø khoâng khí). Quaù trình
bieán ñoåi naêng löôïng trong pin nhieân lieäu ñöôïc thöïc hieän theo phaûn öùng hoùa hoïc
toång quaùt sau:
H2 O2 H2O
2
1
+ → + ñieän naêng + nhieät naêng.
Hình 1.1. Sô ñoà moâ taû pin nhieân lieäu
Ñoäng cô hydro cuõng duøng khí hydro, nhöng khaùc vôùi ñoäng cô hydro ôû
choã, pin nhieân lieäu khoâng tröïc tieáp ñoát chaùy hydro maø duøng chaát xuùc taùc ñeå
taùch caùc electron töø caùc nguyeân töû hydro coù trong nhieân lieäu ñeå taïo thaønh caùc
ion, sau ñoù höôùng caùc ion vaø caùc electron naøy theo moät chieàu nhaát ñònh ñeå taïo
ra doøng ñieän.
Nhö vaäy, trong pin nhieân lieäu hoaøn toaøn khoâng coù söï chaùy nhö trong
ñoäng cô ñoát trong, do ñoù, noù sinh ra löôïng khí gaây hieäu öùng nhaø kính ít hôn
nhieàu vaø khoâng sinh ra caùc khí thaûi gaây oâ nhieãm moâi tröôøng. Neáu nhieân lieäu söû
Chuyeân ñeà veà pin nhieân lieäu (Fuel Cell) 8
PIN NHIEÂN LIEÄU
Nhieân lieäu
(hydro)
Khoâng khí
(oxy)
Ñieän naêng
Nhieät
Nöôùc, CO2
Tröôøng Ñaïi hoïc Sö phaïm Kyõ thuaät TP.HCM – Khoa Cơ khí Động lực
duïng laø hydro nguyeân chaát vaø oxy thì pin nhieân lieäu chæ sinh ra nhieät vaø sản
phaåm phuï laø nöôùc (moät soá loaïi coøn coù theâm CO2 ). Maët khaùc, noù khoâng coù söï
chuyeån hoùa nhieät thaønh cô naêng neân hieäu suaát cuûa noù khoâng bò giôùi haïn bôûi
hieäu suaát nhieät cuûa chu trình Carnot, ngay caû khi vaän haønh ôû nhieät ñoä töông ñoái
thaáp.
Vaø cuõng töông töï nhö accu, pin nhieân lieäu cuõng laø moät thieát bò taïo ra
doøng ñieän thoâng qua cô cheá phaûn öùng ñieän hoùa. Tuy nhieân, ñieåm khaùc bieät
naèm ôû choã, pin nhieân lieäu coù theå taïo ra doøng ñieän lieân tuïc khi cung caáp ñaày ñuû
nhieân lieäu cho noù, trong khi ñoù, accu caàn phaûi ñöôïc naïp ñieän laïi (saïc) töø moät
nguoàn ñieän beân ngoaøi sau moät thôøi gian söû duïng. Nhö vaäy, muoán taùi söû duïng
laïi accu thì caàn phaûi coù moät thôøi gian daøi ñeå naïp ñieän laïi, trong khi pin nhieân
lieäu thì chæ caàn cung caáp nhieân lieäu thì coù theå coù ñieän ñeå söû duïng.
So vôùi naêng löôïng gioù vaø naêng löôïng maët trôøi, pin nhieân lieäu khoâng phuï
thuoäc vaøo thôøi tieát vaø ñoä daøi cuûa ngaøy, noù coù theå ñaûm baûo cung caáp naêng löôïng
24/24 giôø. Khi naøo coøn ñöôïc cung caáp hoùa chaát, pin seõ cung caáp ñieän.
Nguoàn nhieân lieäu söû duïng cho pin nhieân lieäu raát doài daøo. Oxy thì ñaõ coù
saün trong khoâng khí, coøn hydro coù theå thu ñöôïc töø nhieàu nguoàn khaùc nhau nhö:
nhieân lieäu hoùa thaïch, nhöõng nguoàn nhieân lieäu taùi sinh, naêng löôïng haït nhaân,
nguoàn taøi nguyeân coù trong nöôùc,… Ñieàu naøy laøm giaûm söï phuï thuoäc daàu moû
vaøo caùc nöôùc khaùc.
Nhö vaäy, coù theå thaáy, pin nhieân lieäu laø moät trong nhöõng nguoàn naêng
löôïng tieân tieán nhaát hieän nay, noù ñoùng vai troø nhö moät maùy saûn xuaát ñieän thöïc
thuï vôùi nhieân lieäu ñaàu vaøo chæ caàn hydro vaø oxy.
1.2. LÒCH SÖÛ HÌNH THAØNH PIN NHIEÂN LIEÄU
Pin nhieân lieäu ñaõ ñöôïc nhieàu ngöôøi nghieân cöùu töø theá kæ 19, nhöng phaùt
minh ñaàu tieân veà pin nhieân lieäu ñöôïc ghi nhaän laø cuûa oâng William Robert
Grove (1811-1896) – nhaø khoa hoïc töï nhieân xöù Wales – vaøo naêm 1839. Phaùt
minh naøy döïa treân cô sôû cuûa quaù trình ñieän phaân nöôùc. OÂng Grove tin raèng,
neáu coù theå taùch nöôùc thaønh hydro vaø oxy nhôø vaøo naêng löôïng ñieän thì quaù trình
ngöôïc laïi cuõng coù theå xaûy ra, töùc laø coù theå saûn xuaát ra doøng ñieän baèng caùch keát
hôïp hydro vaø oxy. Vaø ôû thôøi ñieåm naøy, platin ñöôïc xem laø chaát xuùc taùc cho
phaûn öùng giöõa hydro vaø oxy. Döïa vaøo caùc giaû thieát ñoù, oâng Grove ñaõ cheá taïo
thaønh coâng moâ hình thöïc nghieäm ñaàu tieân cuûa pin nhieân lieäu, bao goàm hai ñieän
cöïc platin ñöôïc bao truøm bôûi hai oáng hình truï baèng thuûy tinh, moät oáng chöùa
hydro vaø oáng kia chöùa oxy. Khi chuùng ñöôïc nhuùng trong axit sulfuric loaõng,
moät doøng ñieän xuaát hieän giöõa hai ñieän cöïc vaø nöôùc ñöôïc sinh ra trong caùc ống.
Ñeå taêng ñieän aùp ñaàu ra, oâng Grove ñaõ lieân keát nhieàu thieát bò nhö vaäy vôùi nhau
vaø taïo thaønh moät thiết bị maø oâng goïi laø “accu khí” (gas battery).
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