Luận văn thạc sĩ công nghệ hóa học tổng hợp bao 5sro 5coo 8feo 2o3 gbscf 5582 bằng phương pháp đồng kết tủa và khảo sát độ chọn lọc của vật liệu

Luận văn thạc sĩ: Tổng hợp và khảo sát vật liệu 5SrO-5CoO-8FeO-2O3-GBSCF 5582 bằng phương pháp đồng kết tủa. Nghiên cứu độ chọn lọc vật liệu.

• Tác giả: Phạm Nguyễn Tuấn
• Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Viễn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hóa Học
• Đề tài: Tổng hợp Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3−δ (BSCF- 5582 ) bằng phương pháp đồng kết tủa và khảo sát độ chọn lọc của vật liệu
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Luận Văn Thạc Sĩ Vật Liệu 5SrO

Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFCs) là thiết bị chuyển đổi năng lượng hóa học thành điện năng, hiệu suất cao. SOFCs tiềm năng thương mại nhờ cung cấp năng lượng sạch, sử dụng nhiều loại nhiên liệu, cấu tạo đơn giản, phù hợp mọi công suất, ít ô nhiễm. Nhiệt độ hoạt động cao (600-1000°C) gây khó khăn tìm kiếm vật liệu, thiết kế kín khí, an toàn. Giảm nhiệt độ hoạt động là mục tiêu nghiên cứu SOFCs. Nghiên cứu tập trung pin nhiên liệu oxit rắn đơn buồng (SC-SOFCs) ưu thế cấu tạo, dễ thiết kế, không cần kín khí, không cần thiết bị cung cấp khí riêng. Giải pháp cải tiến catot cần đảm bảo hiệu suất, giảm nhiệt độ, có tính chọn lọc với hỗn hợp khí. Nhiều nghiên cứu vật liệu catot cho SC-SOFCs, trong số đó perovskite ABO3 là hứa hẹn nhờ đặc tính đa dạng, cơ chế xúc tác. Tính chất, hoạt tính xúc tác thay đổi phụ thuộc vào thay thế nguyên tố kim loại khác nhau vào vị trí A hoặc B trong cấu trúc. Các perovskite còn có độ bền nhiệt cao, cấu trúc ổn định cải thiện độ tin cậy, tuổi thọ. Cụ thể, perovskite của Barium strontium cobalt ferrite (BSCF) cho thấy sự phù hợp. Vì vậy đề tài “Tổng hợp Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ (BSCF- 5582) bằng phương pháp đồng kết tủa và khảo sát độ chọn lọc của vật liệu” đặt mục tiêu tìm phương pháp đơn giản, hiệu quả chế tạo vật liệu BSCF-5582 làm catot pin nhiên liệu SOFCs và khảo sát độ chọn lọc của vật liệu khi hoạt động với hỗn hợp nhiên liệu trong SC-SOFCs.

1.1. Giới Thiệu Tổng Quan về Pin Nhiên Liệu Oxit Rắn SOFCs

Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFCs) được coi là một công nghệ phát điện thế hệ tiếp theo vì tính linh hoạt nhiên liệu và hiệu quả tổng thể cao do khả năng sử dụng trong hệ thống đồng phát. Một lợi thế của SOFCs là có thể sử dụng được khí tự nhiên làm nhiên liệu và hiệu suất phản ứng cao bởi nhiệt phản ứng tương đối cao. Bởi vậy, không cần tới vật liệu xúc tác đắt tiền.

1.2. Tầm Quan Trọng của Vật Liệu Perovskite trong SC SOFCs

Cải tiến catot là một giải pháp, nhưng catot cần đảm bảo vẫn giữ được hiệu suất cao, giảm được nhiệt độ hoạt động và có tính chọn lọc đối với hỗn hợp khí nhiên liệu. Nhiều nghiên cứu về vật liệu làm catot cho SC-SOFCs. Perovskite ABO3 là một trong những vật liệu hứa hẹn cho ứng dụng là catot của pin SOFCs nhờ những đặc tính đa dạng và cơ chế xúc tác của chúng.

II. Thách Thức Nhiệt Độ Độ Chọn Lọc Vật Liệu Xúc Tác

Nhiệt độ hoạt động cao cũng đưa ra những thách thức về độ tin cậy và tính ổn định lâu dài của hệ thống. Sự thoái hóa vật liệu, sự hỏng hóc trong việc giữ kín khí và nứt do khác nhau về hệ số giãn nở nhiệt giữa các thành phần dẫn đến hiệu suất và tính ổn định thấp. Nhiệt độ hoạt động cao cũng là một hạn chế trong việc ứng dụng SOFCs trên các thiết bị điện di động. Do đó, việc giảm nhiệt độ hoạt động là một trong những thách thức chính trong nghiên cứu SOFCs. Một yếu tố khác cần xem xét là độ chọn lọc của vật liệu xúc tác, đặc biệt khi sử dụng hỗn hợp khí làm nhiên liệu. Độ chọn lọc kém có thể dẫn đến các phản ứng phụ không mong muốn, làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của pin.

2.1. Vấn Đề Nhiệt Độ Cao trong Ứng Dụng SOFCs

Nhiệt độ hoạt động cao của SOFCs từ khoảng 600-1000C, điều này gây khó khăn trong việc tìm kiếm nguyên vật liệu phù hợp, thiết kế thiết bị yêu cầu cao về kín khí và an toàn. Hạ nhiệt độ hoạt động của SOFCs là mục tiêu chính trong các nghiên cứu về SOFCs hiện nay, nó cho phép sử dụng các kim loại chuyển tiếp rẻ tiền để giảm chi phí.

2.2. Tầm Quan Trọng của Độ Chọn Lọc Vật Liệu Xúc Tác trong SC SOFCs

Để giải quyết các vấn đề đó thì cải tiến catot là một giải pháp, nhưng catot cần đảm bảo vẫn giữ được hiệu suất cao, giảm được nhiệt độ hoạt động và có tính chọn lọc đối với hỗn hợp khí nhiên liệu. Nhiều nghiên cứu về vật liệu làm catot cho SC-SOFCs. Chính vì vậy đề tài đặt mục tiêu muốn tìm phương pháp đơn giản và hiệu quả để chế tạo vật liệu BSCF-5582 làm catot pin nhiên liệu SOFCs và khảo sát độ chọn lọc của vật liệu khi hoạt động với hỗn hợp nhiên liệu trong SC-SOFCs.

2.3. Phân Tích Thành Phần Khí Bằng Phương Pháp GC với Đầu Dò TCD

Mẫu phân tích được xác định thành phần khí bằng phương pháp GC với đầu dò TCD. Kết quả cho thấy độ chuyển hóa của CH4 là thấp nhất với Rmix = 2, tại nhiệt độ 550-650C CH4 tiêu hao không đáng kể, tại nhiệt độ 700 và 750C độ chuyển hóa lần lượt là 11 và 21%.

III. Phương Pháp Đồng Kết Tủa Bí Quyết Tổng Hợp BSCF 5582

Phương pháp đồng kết tủa được sử dụng để tổng hợp vật liệu Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ (BSCF-5582). Phương pháp này cho phép kiểm soát kích thước hạt và độ đồng đều của vật liệu. Ở các điều kiện: pH kết tủa bằng 3, tỉ lệ M (M+/Oxalate) 1:1,2 , nhiệt độ nung 900C, thời gian nung 4 giờ vật liệu thu được có kích thước 100 nm và đồng đều. Các tính chất được xác định theo các phương pháp phân tích XRD, TGA/DSC và SEM.

3.1. Ưu Điểm của Phương Pháp Đồng Kết Tủa so với Sol Gel

Trong các phương pháp tổng hợp, phương pháp đồng kết tủa có nhiều ưu điểm so với phương pháp sol-gel. Phương pháp đồng kết tủa cho phép kiểm soát tốt hơn thành phần hóa học và kích thước hạt của vật liệu. Ngoài ra, phương pháp này thường đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn so với phương pháp sol-gel.

3.2. Quy Trình Tổng Hợp BSCF 5582 Bằng Phương Pháp Đồng Kết Tủa

Chuẩn bị dung dịch, Quy trình tổng hợp BSCF-5582. Khảo sát quá trình tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa. Khảo sát ảnh hưởng của pH. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian nung. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ M .Khảo sát độ chọn lọc. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ khí CH4 : O2.

IV. Luận Văn Thạc Sĩ Nghiên Cứu Độ Chọn Lọc Vật Liệu BSCF 5582

Luận văn thạc sĩ tập trung vào nghiên cứu độ chọn lọc của BSCF-5582 khi sử dụng làm catot với ảnh hưởng của tỉ lệ khí CH4 : O2, nhiệt độ khảo sát. Mẫu phân tích được xác định thành phần khí bằng phương pháp GC với đầu dò TCD. Nghiên cứu còn khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố đến quá trình tổng hợp BSCF-5582 như pH, nhiệt độ nung, thời gian nung, tỉ lệ M.

4.1. Ảnh Hưởng của Tỉ Lệ Khí CH4 O2 Đến Độ Chọn Lọc

Kết quả cho thấy độ chuyển hóa của CH4 là thấp nhất với Rmix = 2, tại nhiệt độ 550-650C CH4 tiêu hao không đáng kể, tại nhiệt độ 700 và 750C độ chuyển hóa lần lượt là 11 và 21%. Pin SOFCs được cấu tạo gồm: NiO + GDC/ LDM/ GDC/ GDC-BSCF-5582 được khảo sát trong điều kiện đơn buồng phản ứng sử dụng CH4 : O2 theo tỉ lệ Rmix= 2 cho công suất năng lượng lớn nhất 159,9 mW/cm2 tại nhiệt độ 650C.

4.2. Kết Quả Phân Tích XRD và SEM Vật Liệu BSCF 5582

Luận văn sử dụng các phương pháp phân tích XRD và SEM để xác định cấu trúc và hình thái của vật liệu BSCF-5582. Kết quả phân tích cho thấy vật liệu được tổng hợp có cấu trúc perovskite và kích thước hạt nano. Hình ảnh SEM cũng cho thấy sự phân bố đồng đều của các hạt trên bề mặt.

V. Ứng Dụng Thực Tế Đánh Giá Pin SOFCs Sử Dụng BSCF 5582

Pin SOFCs được cấu tạo gồm: NiO + GDC/ LDM/ GDC/ GDC-BSCF-5582 được khảo sát trong điều kiện đơn buồng phản ứng sử dụng CH4 : O2 theo tỉ lệ Rmix= 2 cho công suất năng lượng lớn nhất 159,9 mW/cm2 tại nhiệt độ 650C. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng của vật liệu BSCF-5582 trong pin SOFCs.

5.1. Hiệu Suất và Công Suất của Pin SOFCs Với Catot BSCF 5582

Pin SOFCs được cấu tạo gồm: NiO + GDC/ LDM/ GDC/ GDC-BSCF-5582 được khảo sát trong điều kiện đơn buồng phản ứng sử dụng CH4 : O2 theo tỉ lệ Rmix= 2 cho công suất năng lượng lớn nhất 159,9 mW/cm2 tại nhiệt độ 650C.

5.2. So Sánh Với Các Vật Liệu Catot Khác

Nhiều nghiên cứu về vật liệu làm catot cho SC-SOFCs . Shao và các cộng sự đã nhận thấy perovskite ABO3 là một trong những vật liệu hứa hẹn cho ứng dụng là catot của pin SOFCs nhờ những đặc tính đa dạng và cơ chế xúc tác của chúng.

VI. Kết Luận Tiềm Năng Hướng Phát Triển Vật Liệu GBSCF 5582

Luận văn đã thành công trong việc tổng hợp vật liệu BSCF-5582 bằng phương pháp đồng kết tủa và khảo sát độ chọn lọc của vật liệu. Kết quả cho thấy vật liệu có tiềm năng ứng dụng trong pin SOFCs. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa quá trình tổng hợp và nâng cao hiệu suất của pin.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu

Pin SOFCs được cấu tạo gồm: NiO + GDC/ LDM/ GDC/ GDC-BSCF-5582 được khảo sát trong điều kiện đơn buồng phản ứng sử dụng CH4 : O2 theo tỉ lệ Rmix= 2 cho công suất năng lượng lớn nhất 159,9 mW/cm2 tại nhiệt độ 650C.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng Trong Tương Lai

Nhiều nghiên cứu về vật liệu làm catot cho SC-SOFCs. Shao và các cộng sự đã nhận thấy perovskite ABO3 là một trong những vật liệu hứa hẹn cho ứng dụng là catot của pin SOFCs nhờ những đặc tính đa dạng và cơ chế xúc tác của chúng. Tính chất cũng như hoạt tính xúc tác của các hệ vật liệu này có thể thay đổi và phụ thuộc vào sự thay thế từng phần bởi các nguyên tố kim loại khác nhau vào các vị trí A hoặc vị trí B trong cấu trúc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Pin nhiên liệu oxit rắn (Solid Oxide Fuel Cells - SOFCs) là thiết bị chuyển đổi trực tiếp năng lƣợng hóa học thành năng lƣợng điện với hiệu suất cao. SOFCs có nhiều tiềm năng để thƣơng mại hóa và ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực nhờ khả năng cung cấp năng lƣợng sạch, có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau, có hiệu suất chuyển hóa cao, cấu tạo đơn giản, phù hợp với mọi công suất và ít sinh ra khí gây ô nhiễm. Tuy nhiên, nhiệt độ hoạt động của SOFCs từ khoảng 600- 1000C, điều này gây khó khăn trong việc tìm kiếm nguyên vật liệu phù hợp, thiết kế thiết bị yêu cầu cao về kín khí và an toàn. Hạ nhiệt độ hoạt động của SOFCs là mục tiêu chính trong các nghiên cứu về SOFCs hiện nay, nó cho phép sử dụng các kim loại chuyển tiếp rẻ tiền để giảm chi phí.

Cùng với đó, các nghiên cứu cũng tập trung ứng dụng vào pin nhiên liệu oxit rắn đơn buồng (SC-SOFCs) có ƣu thế cấu tạo đơn giản, dễ thiết kế, không cần kín khí và không cần các thiết bị cung cấp khí riêng cho từng hệ khí. Để giải quyết các vấn đề đó thì cải tiến catot là một giải pháp, nhƣng catot cần đảm bảo vẫn giữ đƣợc hiệu suất cao, giảm đƣợc nhiệt độ hoạt động và có tính chọn lọc đối với hỗn hợp khí nhiên liệu. Nhiều nghiên cứu về vật liệu làm catot cho SC-SOFCs [1], trong số đó Shao và các cộng sự [2] đã nhận thấy perovskite ABO3 là một trong những vật liệu hứa hẹn cho ứng dụng là catot của pin SOFCs nhờ những đặc tính đa dạng và cơ chế xúc tác của chúng. Tính chất cũng nhƣ hoạt tính xúc tác của các hệ vật liệu này có thể thay đổi và phụ thuộc vào sự thay thế từng phần bởi các nguyên tố kim loại khác nhau vào các vị trí A hoặc vị trí B trong cấu trúc.

Hơn nữa, các perovskite còn cho độ bền nhiệt cao, cấu trúc ổn định nên có thể cải thiện đƣợc độ tin cậy và tuổi thọ của catot. Cụ thể, họ đã chỉ ra, perovskite của Barium strontium cobalt ferrite (BSCF) cho thấy sự phù hợp làm ứng dụng cho pin SOFCs. Chính vì vậy đề tài ―Tổng hợp Ba0.2O3−δ (BSCF- 5582) bằng phƣơng pháp đồng kết tủa và khảo sát độ chọn lọc của vật liệu‖ đặt mục tiêu muốn tìm phƣơng pháp đơn giản và hiệu quả để chế tạo vật liệu BSCF-5582 làm catot pin HV: Phạm Nguyễn Tuấn Page 1 Luận văn tốt nghiệp nhiên liệu SOFCs và khảo sát độ chọn lọc của vật liệu khi hoạt động với hỗn hợp nhiên liệu trong SC-SOFCs. HV: Phạm Nguyễn Tuấn Page 2 Luận văn tốt nghiệp PHẦN I: TỔNG QUAN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU – PIN NHIÊN LIỆU OXIT RẮN (SOFCs) 1.

Giới thiệu pin nhiên liệu Pin nhiên liệu là thiết bị chuyển đổi điện, nó sản xuất ra điện từ nhiên liệu (trên anot), chất oxy hóa (trên catot) và phản ứng với sự có mặt của lớp electrolyte. Pin nhiên liệu khác với các tế bào pin điện hóa. Các tế bào pin điện hóa dự trữ dƣới dạng năng lƣợng điện hóa, năng lƣợng đó mất dần khi sử dụng, nó đại diện cho hệ thống kín. Trong khi đó, tế bào pin nhiên liệu tiêu thụ nhiên liệu từ bên ngoài, cần có sự bổ sung, nó đƣợc gọi là một hệ thống mở, có thể sản sinh ra năng lƣợng điện đƣợc duy trì vô thời hạn [3].

Chúng chuyển đổi hydro hoặc nhiên liệu có chứa hydro trực tiếp thành năng lƣợng điện cộng với nhiệt thông qua các phản ứng điện hóa của hydro và oxy vào trong nƣớc. Quá trình này là ngƣợc của quá trình điện ly. Phản ứng tổng quát : 2𝐻2(𝑘ℎí) + 𝑂2(𝑘ℎí) → 2𝐻2 𝑂 + 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦 (1.1) Pin nhiên liệu có nhiều lợi thế hơn so với động cơ nhiệt nhƣ : hiệu quả cao, không gây tiếng ồn và nếu hydro là nhiên liệu thì không có khí thải ô nhiễm. Nếu hydro đƣợc sản xuất từ các nguồn nhiên liệu tái tạo thì năng lƣợng điện đƣợc sản xuất có thể thực sự bền vững [4].

Phân loại pin nhiên liệu Các hệ thống tế bào nhiên liệu đƣợc phân loại theo nhiều cách khác nhau [5], nhƣ: o Phân loại theo nhiệt độ hoạt động o Phân theo loại các chất tham gia phản ứng o Phân loại theo điện cực o Phân theo loại các chất điện phân (là cách phân loại thông dụng ngày nay) HV: Phạm Nguyễn Tuấn Page 3 Luận văn tốt nghiệp Liệt kê dƣới đây là 6 loại tế bào nhiên liệu khác nhau, phân theo loại các chất điện phân: - AFC (Alkaline fuel cell - tế bào nhiên liệu kiềm) - PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - trao đổi hạt nhân qua màng lọc) - PAFC (Phosphoric acid fuel cell - tế bào nhiên liệu axit phosphoric) - MCFC (Molten carbonate fuel cell - tế bào nhiên liệu carbonat nóng chảy) - SOFC (Solid oxide fuel cell - tế bào nhiên liệu oxit rắn) - DMFC (Direct methanol fuel cell - tế bào nhiên liệu methanol trực tiếp) Trong các loại trên thì PEMFC có nhiều triển vọng dùng trong các loại xe. PEMFC, MCFD và SOFC đều có triển vọng ứng dụng cho các trạm phát điện. PAFC là công nghệ mới đƣợc nghiên cứu tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề kĩ thuật. DMFC có thể tạo bƣớc đột phá trong lĩnh vực thiết bị di dộng.

AFC đƣợc có thể đƣợc ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ. Nhiệt độ vận hành của những loại tế bào nhiên liệu khác nhau (nằm trong khoảng từ 60-1000C). Sự khác nhau còn nằm ở cấu trúc điện cực, sự tinh khiết của hydro ở anot (DMFC dùng methanol). 1: Các dạng khác nhau của pin nhiên liệu [6].

Các dạng pin nhiên Ion di Nhiệt độ Lĩnh vực ứng dụng liệu chuyển hoạt động Sử dụng trong tàu vũ trụ Tế bào nhiên liệu kiềm OH- 50-200C Apollo Sử dụng trong thiết bị di Màng trao đổi proton H+ 50-100C động Tế bào nhiên liệu axit Hệ thống với công suất H+ ~ 220C Photphoric 200 kW Tế bào nhiên liệu Hệ thống có công suất từ CO32- ~ 650C Cacbonat nóng chảy kW đến MW Phù hợp cho mọi công Pin nhiên liệu oxit rắn O2- 500-1000C suất, từ vài kW tới MW HV: Phạm Nguyễn Tuấn Page 4 Luận văn tốt nghiệp Hình 1. 1: Cơ chế hoạt động của một số loại pin nhiên liệu [5]. Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFCs) Pin nhiên liệu đầu tiên đƣợc phát triển vào năm 1937 bởi Baur và Preis [7]. Kể từ đó rất nhiều quy trình đã đƣợc thực hiện để tạo ra nguyên liệu và SOFCs.

Các tế bào nhiên liệu oxit rắn (SOFCs) đƣợc coi là một công nghệ phát điện thế hệ tiếp theo vì tính linh hoạt nhiên liệu và hiệu quả tổng thể cao do khả năng sử dụng trong hệ thống đồng phát [1]. Một lợi thế của SOFCs là có thể sử dụng đƣợc khí tự nhiên làm nhiên liệu và hiệu suất phản ứng cao bởi nhiệt phản ứng tƣơng đối cao. Bởi vậy, không cần tới vật liệu xúc tác đắt tiền. Tuy nhiên, nhiệt độ hoạt động cao cũng đƣa ra những thách thức về độ tin cậy và tính ổn định lâu dài của hệ thống.

Sự thoái hóa vật liệu, sự hỏng hóc trong việc giữ kín khí và nứt do khác nhau về hệ số giãn nở nhiệt giữa các thành phần dẫn đến hiệu suất và tính ổn định thấp. Nhiệt độ hoạt động cao cũng là một hạn chế trong việc ứng dụng SOFCs trên các thiết bị điện di động. Do đó, HV: Phạm Nguyễn Tuấn Page 5 Luận văn tốt nghiệp việc giảm nhiệt độ hoạt động là một trong những thách thức chính trong nghiên cứu SOFCs. Loại pin này vận hành ở nhiệt độ khá cao (600-1000C), do đó dạng pin nhiên liệu SOFCs thƣờng ứng dụng cho các hệ thống tĩnh khá lớn và nhiệt thừa có thể tái tận dụng để tạo thêm nguồn điện bổ sung.2) mô phỏng hoạt động của một pin nhiên liệu SOFCs cơ bản.

2: Sơ đồ của pin nhiên liệu SOFCs [5]. Phân loại SOFCs Dựa vào nhiệt độ hoạt động, hình dạng, cấu tạo… mà SOFCs đƣợc chia thành nhiều loại nhƣ sau:  Theo nhiệt độ hoạt động:  Nhiệt độ hoạt động của pin nhiên liệu khoảng 550-800oC: SOFCs có nhiệt độ hoạt động trung bình (IT – SOFCs).  Nhiệt độ hoạt động của pin nhiên liệu > 800oC: SOFCs có nhiệt độ hoạt động cao (HT - SOFCs).  Dựa vào hình dạng:  Dạng phẳng: các cell đƣợc nối với nhau qua các tấm interconnect (hình 1.

 Dạng ống: dòng không khí (O2) đi phía trong ống, dòng nhiên liệu đi phía ngoài thành ống (hình 1. HV: Phạm Nguyễn Tuấn Page 6 Luận văn tốt nghiệp Hình 1. 3: Pin nhiên liệu oxit rắn SOFCs dạng tấm phẳng (a) và dạng ống (b) [5].  Dựa vào số buồng phản ứng: hai buồng (Dual – Chamber SOFCs – hình 1.4a) hay đơn buồng (Single - Chamber SOFCs- hình 1.

4: Sơ đồ pin nhiên liệu oxit rắn đa buồng (a) và đơn buồng (b) [1]. HV: Phạm Nguyễn Tuấn Page 7 Luận văn tốt nghiệp 1. Pin nhiên liệu hai buồng (DC-SOFCs) Khí đƣợc ngăn cách bởi một lớp electrolyte có độ kết khối tốt để phân tách khí cung cấp vào anot và catot thành hai ngăn riêng biệt. Chất oxy hóa đƣợc cung cấp vào cực âm và nhiên liệu đƣợc đƣa vào cực dƣơng thông qua các nguồn cung cấp khí riêng biệt mà không có bất kỳ sự trộn lẫn của hai khí dòng khí này.

Sự khác biệt trong áp lực oxy giữa hai ngăn điện cực riêng biệt dẫn đến việc thành lập một điện áp mạch mở (OCV). Do đòi hỏi hệ thống cung cấp khí riêng biệt gây khó khăn, phức tạp trong việc thiết kế, lắp ráp và thu nhỏ hệ thống. Hơn nữa, việc đòi hỏi kín khí ở nhiệt độ cao cần phải có ngăn cách hoàn toàn. Vật liệu ngăn cách thƣờng dùng là thủy tinh hoặc vật liệu gốm với lợi thế là độ cứng và độ kín khí cao.

Tuy nhiên, suy thoái theo thời gian cũng nhƣ ứng suất nhiệt trong quá trình vận hành gây ra các vết nứt. Ngoài việc ngăn cách khí chặt chẽ, lớp electrolyte cũng phải đủ dày để tránh không cho bất kỳ khí nào có thể chuyển qua lại giữa 2 ngăn catot và anot. Sự cần thiết phải tách khí có ảnh hƣởng quan trọng đến cơ khí, kháng sốc nhiệt và tính ổn định lâu dài của pin. Ngoài ra, thiết kế cồng kềnh, những khó khăn về mặt kỹ thuật và chọn lựa vật liệu góp phần làm cho chi phí chế tạo cao.

5: Mô hình pin nhiên liệu DC SOFC [8], với A, E, C lần lượt là anot, màng dẫn ion, và catot. Pin nhiên liệu đơn buồng (SC-SOFCs) Để khắc phục những trở ngại của DC-SOFCs, pin nhiên liệu SC-SOFCs đƣợc nghiên cứu và phát triển.