Fuel Cell – Cơ bản Pin nhiên liệu

Bài viết này là phần 1 của 1 trong Series Fuel Cell - Pin nhiên liệu

Fuel Cell – Pin nhiên liệu sử dụng năng lượng hóa học của hydro hoặc các nhiên liệu khác để sản xuất điện sạch và hiệu quả. Nếu hydro là nhiên liệu, thì sản phẩm duy nhất là điện, nước và nhiệt. Pin nhiên liệu là duy nhất về sự đa dạng của các ứng dụng tiềm năng của chúng; chúng có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu và nguyên liệu và có thể cung cấp năng lượng cho các hệ thống lớn như một nhà máy điện tiện ích và nhỏ như một máy tính xách tay.

Pin nhiên liệu là gì?

Pin nhiên liệu là một loại pin điện hóa chuyển đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu (thường là hydro) và chất oxy hóa (thường là oxy) thành điện năng thông qua một cặp phản ứng oxy hóa khử. Pin nhiên liệu khác với hầu hết các loại pin ở chỗ yêu cầu nguồn nhiên liệu và oxy liên tục (thường là từ không khí) để duy trì phản ứng hóa học, trong khi ở pin, năng lượng hóa học thường đến từ các chất đã có sẵn trong pin. Pin nhiên liệu có thể sản xuất điện liên tục trong thời gian cung cấp nhiên liệu và oxy.

Pin nhiên liệu đầu tiên được phát minh bởi Sir William Grove vào năm 1838. Việc sử dụng pin nhiên liệu thương mại đầu tiên diễn ra gần một thế kỷ sau khi Francis Thomas Bacon phát minh ra pin nhiên liệu hydro-oxy vào năm 1932. Pin nhiên liệu kiềm, còn được gọi là pin nhiên liệu pin nhiên liệu Bacon sau khi người phát minh ra nó, đã được sử dụng trong các chương trình không gian của NASA từ giữa những năm 1960 để tạo ra năng lượng cho các vệ tinh và viên nang không gian. Kể từ đó, pin nhiên liệu đã được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác. Pin nhiên liệu được sử dụng làm nguồn điện sơ cấp và dự phòng cho các tòa nhà thương mại, công nghiệp và dân cư cũng như ở những vùng xa xôi hoặc khó tiếp cận. Chúng cũng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu, bao gồm xe nâng, ô tô, xe buýt, tàu hỏa, thuyền, xe máy và tàu ngầm.

Pin nhiên liệu tương tự như pin điện hóa, bao gồm cathode, anode và chất điện phân electrolyte. Trong các tế bào này, chất điện phân cho phép chuyển động của các proton.

Tại sao cần nghiên cứu Fuel Cell

Pin nhiên liệu có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng, cung cấp năng lượng cho các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm giao thông vận tải, tòa nhà công nghiệp/thương mại/khu dân cư và lưu trữ năng lượng dài hạn cho lưới điện trong các hệ thống đảo ngược.

Pin nhiên liệu có một số lợi ích so với các công nghệ dựa trên quá trình đốt cháy thông thường hiện đang được sử dụng trong nhiều nhà máy điện và phương tiện. Pin nhiên liệu có thể hoạt động với hiệu suất cao hơn động cơ đốt trong và có thể chuyển đổi năng lượng hóa học trong nhiên liệu trực tiếp thành năng lượng điện với hiệu suất có thể vượt quá 60%. Pin nhiên liệu có lượng khí thải thấp hơn hoặc bằng không so với động cơ đốt trong. Pin nhiên liệu hydro chỉ thải ra nước, giải quyết các thách thức nghiêm trọng về khí hậu vì không thải ra khí carbon dioxide. Cũng không có chất gây ô nhiễm không khí tạo ra khói bụi và gây ra các vấn đề sức khỏe tại điểm vận hành. Pin nhiên liệu yên tĩnh trong quá trình hoạt động vì chúng có ít bộ phận chuyển động.

Fuel Cell hoạt động như thế nào?

Pin nhiên liệu hoạt động giống như pin nhưng chúng không bị cạn kiệt hoặc cần sạc lại. Chúng sản xuất điện và nhiệt miễn là nhiên liệu được cung cấp. Pin nhiên liệu bao gồm hai điện cực—điện cực âm (anode) và điện cực dương (cathode)—được kẹp xung quanh chất điện phân. Một loại nhiên liệu, chẳng hạn như hydro, được cung cấp cho anode và không khí (ô xi) được cung cấp cho cathode. Trong pin nhiên liệu hydro, một chất xúc tác ở anode sẽ phân tách các phân tử hydro thành các proton và electron, chúng đi theo những con đường khác nhau đến cathode. Các electron đi qua một mạch bên ngoài, tạo ra một dòng điện. Các proton di chuyển qua chất điện phân đến cathode, nơi chúng kết hợp với oxy và các electron để tạo ra nước và nhiệt.