Nghiên cứu khả năng xúc tác điện hóa của vật liệu điện cực trong pin nhiên liệu kiềm

• Tác giả: Huỳnh Thị Lan Phương
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thị Cẩm Hà
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa học
• Đề tài: Khả Năng Xúc Tác Điện Hóa Của Vật Liệu Điện Cực Trong Pin Nhiên Liệu Kiềm
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU
• 1.1. Pin nhiên liệu và lịch sử phát triển của pin nhiên liệu. Cấu tạo của pin nhiên liệu. Phân loại pin nhiên liệu. CƠ CHẾ VÀ ĐỘNG HỌC CỦA CÁC PHẢN ỨNG ĐIỆN HÓA XẢY RA TRONG PIN NHIÊN LIỆU KÌM
• 1.2. VẬT LIỆU NỀN, XÚC TÁC DÙNG TRONG PIN NHIÊN LIỆU KÌM
• 1.3. Vật liệu nền carbon. Xúc tác đơn kim loại và tổ hợp của chúng trên nền glassy carbon. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ XÚC TÁC
• 1.4. Phương pháp kết tủa hóa học. Phương pháp polyol. Phương pháp kết tủa điện hóa. Phương pháp tẩm trên chất mang. MÀNG TRAO ĐỔI ANION
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC CHỨA VẬT LIỆU XÚC TÁC ĐƠN KIM LOẠI VÀ TỔ HỢP KIM LOẠI TRÊN NỀN VẬT LIỆU GLASSY CARBON, GIẤY CARBON
• 2.2. CHẾ TẠO MÀNG TRAO ĐỔI ANION
• 2.3. Màng trao đổi anion trên cơ sở sự biến tính của PVA. Màng trao đổi anion trên cơ sở tổ hợp poly(styren-c0-vinyl benzyl trimethyl ammoni hydroxyde) với poly(vinyl alcohol). CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƯNG, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC VÀ MÀNG TRAO ĐỔI ANION
• 2.4. Các phương pháp đặc trưng vật liệu. Phương pháp xác định tính chất màng trao đổi anion. THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH PIN
• 2.5. Chuẩn bị vật liệu điện cực. Ghép mô hình pin. Thử nghiệm pin.
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA ĐIỆN CỰC MỘT KIM LOẠI M (M: Pt, Pd, Ni) TRÊN NỀN GLASSY CARBON
• 3.2. Chế tạo vật liệu điện cực một kim loại trên nền glassy carbon. Đánh giá khả năng xúc tác điện hóa cho quá trình oxy hóa glycerol trong môi trường kiềm của điện cực một kim loại trên nền glassy carbon.
• 3.3. CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP HAI KIM LOẠI Pt-M1 (M1: Pd, Ni) và Pd-Ni TRÊN NỀN GLASSY CARBON
• 3.4. Chế tạo vật liệu tổ hợp hai kim loại trên nền glassy carbon. Vật liệu tổ hợp Pt-Pd/GC. Vật liệu tổ hợp Pt-Ni/GC và Pd-Ni/GC. Đánh giá khả năng xúc tác điện hóa cho quá trình oxy hóa glycerol trong môi trường kiềm của điện cực tổ hợp hai kim loại chế tạo.
• 3.5. CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU TỔ HỢP BA KIM LOẠI Pt-Pd-Ni TRÊN NỀN GLASSY CARBON
• 3.6. Chế tạo và khảo sát hình thái học bề mặt của vật liệu tổ hợp ba kim loại trên nền glassy carbon. Đánh giá khả năng xúc tác điện hóa cho quá trình oxy hóa glycerol trong môi trường kiềm của điện cực tổ hợp ba kim loại trên nền glassy carbon.
• 3.7. CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA VẬT LIỆU ĐIỆN CỰC TỔ HỢP BỐN KIM LOẠI Pt-Pd-Ni-C0 TRÊN NỀN GLASSY CARBON
• 3.8. Chế tạo vật liệu tổ hợp bốn kim loại Pt-Pd-Ni-C0/glassy carbon. Phân tích cấu trúc và hình thái học bề mặt. Đánh giá khả năng xúc tác điện hóa cho quá trình oxy hóa glycerol trong môi trường kiềm của điện cực tổ hợp bốn kim loại chế tạo.
• 3.9. NGHIÊN CỨU ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
• 3.10. Thử nghiệm chế tạo vật liệu điện cực và khảo sát tính chất điện hóa cho mô hình pin lựa chọn. Nghiên cứu chế tạo, đặc trưng tính chất của màng trao đổi anion. Lắp ghép mô hình pin. Thử nghiệm khả năng hoạt động của pin.
• KẾT LUẬN
• CÁC ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về khả năng xúc tác điện hóa của vật liệu điện cực

Khả năng xúc tác điện hóa của vật liệu điện cực trong pin nhiên liệu kiềm là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Các vật liệu này đóng vai trò quyết định trong hiệu suất của pin nhiên liệu, đặc biệt là trong quá trình chuyển đổi năng lượng. Việc hiểu rõ về các loại vật liệu điện cực và cơ chế hoạt động của chúng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất pin nhiên liệu kiềm.

1.1. Vật liệu điện cực và vai trò của chúng trong pin nhiên liệu

Vật liệu điện cực là thành phần chính trong pin nhiên liệu, chịu trách nhiệm cho các phản ứng điện hóa. Các loại vật liệu như carbon, kim loại quý và hợp kim được sử dụng phổ biến. Mỗi loại vật liệu có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của pin.

1.2. Cơ chế hoạt động của pin nhiên liệu kiềm

Pin nhiên liệu kiềm hoạt động dựa trên phản ứng điện hóa giữa hydro và oxy, tạo ra điện năng. Cơ chế này liên quan đến sự chuyển giao electron và ion, trong đó vật liệu điện cực đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường tốc độ phản ứng.

II. Thách thức trong việc cải thiện khả năng xúc tác điện hóa

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về khả năng xúc tác điện hóa, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức cần giải quyết. Các vấn đề như độ bền, khả năng chống ngộ độc và chi phí vật liệu vẫn là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển của pin nhiên liệu kiềm.

2.1. Vấn đề ngộ độc và độ bền của vật liệu điện cực

Ngộ độc xảy ra khi các sản phẩm phụ của phản ứng điện hóa làm giảm hiệu suất của vật liệu điện cực. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các vật liệu như platinum, nơi mà sự giảm hoạt tính có thể xảy ra nhanh chóng.

2.2. Chi phí và tính khả thi của vật liệu xúc tác

Chi phí cao của các vật liệu xúc tác như kim loại quý là một rào cản lớn trong việc phát triển pin nhiên liệu kiềm. Nghiên cứu đang hướng tới việc tìm kiếm các vật liệu thay thế có hiệu suất tương đương nhưng chi phí thấp hơn.

III. Phương pháp cải thiện khả năng xúc tác điện hóa

Để cải thiện khả năng xúc tác điện hóa, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp này bao gồm việc phát triển vật liệu mới, tối ưu hóa cấu trúc và cải thiện quy trình chế tạo.

3.1. Phát triển vật liệu mới cho điện cực

Nghiên cứu đang tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới như hợp kim và vật liệu composite. Những vật liệu này có thể cung cấp khả năng xúc tác tốt hơn và độ bền cao hơn so với các vật liệu truyền thống.

3.2. Tối ưu hóa cấu trúc vật liệu điện cực

Cấu trúc của vật liệu điện cực có thể ảnh hưởng lớn đến khả năng xúc tác. Việc tối ưu hóa kích thước hạt, diện tích bề mặt và hình dạng có thể giúp tăng cường hiệu suất của pin nhiên liệu.

IV. Ứng dụng thực tiễn của pin nhiên liệu kiềm

Pin nhiên liệu kiềm đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ giao thông vận tải đến sản xuất điện. Những ứng dụng này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn nâng cao hiệu suất năng lượng.

4.1. Ứng dụng trong giao thông vận tải

Pin nhiên liệu kiềm được sử dụng trong xe ô tô chạy bằng hydro, giúp giảm phát thải khí nhà kính. Công nghệ này đang được phát triển mạnh mẽ để thay thế các phương tiện sử dụng nhiên liệu hóa thạch.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất điện

Pin nhiên liệu kiềm cũng được sử dụng trong các hệ thống sản xuất điện, cung cấp nguồn năng lượng sạch và hiệu quả cho các tòa nhà và cơ sở công nghiệp.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Khả năng xúc tác điện hóa của vật liệu điện cực trong pin nhiên liệu kiềm là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng. Với những tiến bộ trong công nghệ và vật liệu, tương lai của pin nhiên liệu kiềm hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp năng lượng bền vững.

5.1. Tương lai của vật liệu điện cực

Nghiên cứu về vật liệu điện cực sẽ tiếp tục phát triển, với mục tiêu tạo ra các vật liệu có hiệu suất cao hơn và chi phí thấp hơn. Điều này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ứng dụng pin nhiên liệu.

5.2. Xu hướng nghiên cứu trong lĩnh vực pin nhiên liệu

Xu hướng nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới, cải thiện hiệu suất và độ bền của pin nhiên liệu kiềm, nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng sạch trong tương lai.