Nghiên Cứu và Mô Phỏng Hệ Thống Pin Nhiên Liệu Hydro Bằng Phần Mềm MATLAB/SIMULINK

• Tác giả: Đào Hữu Phúc
• Người hướng dẫn: Th.S. Văn Ánh Dương
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Nghiên Cứu Và Mô Phỏng Hệ Thống Pin Nhiên Liệu Hydro Bằng MATLAB/SIMULINK
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.1. Lí do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 1.2.1. Mục đích
• 1.2.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.2.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.2.4. Nội dung nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước
• 1.4.1. Các nghiên cứu ngoài nước
• 1.4.2. Các nghiên cứu trong nước
• 2. TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU
• 2.1. Lịch sử hình thành và phát triển
• 2.2. Nguyên lí hoạt động
• 2.3. Thiết kế ngăn xếp pin nhiên liệu
• 2.3.1. Ngăn xếp dạng phẳng lưỡng cực
• 2.3.2. Pin nhiên liệu axit photphoric (Phosphoric acid fuel cell)
• 2.3.3. Pin nhiên liệu oxit rắn (Solid-oxide fuel cell)
• 2.3.4. Pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy (Molten-carbonate fuel cell)
• 2.3.5. Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (Proton-exchange membrane fuel cell)
• 2.4. Ứng dụng của pin nhiên liệu
• 3. SẢN XUẤT VÀ LƯU TRỮ HYDRO
• 3.1. Sản xuất hydro
• 3.1.1. Điện phân nước
• 3.1.2. Phương pháp khí hóa sinh khối
• 3.1.3. Phương pháp quang phân xúc tác
• 3.1.4. Phương pháp sản xuất từ khí tự nhiên
• 3.2. Lưu trữ hydro vật lý
• 3.2.1. Lưu trữ hydro dạng khí nén
• 3.2.2. Lưu trữ hydro bằng phương pháp hóa lỏng
• 3.2.3. Lưu trữ hydro bằng phương pháp nén lạnh
• 3.2.4. Lưu trữ hydro dựa trên vật liệu
• 3.2.4.1. Lưu trữ hydro bằng chất mang hydro hữu cơ lỏng (LOHC)
• 3.2.4.2. Lưu trữ hydrua kim loại
• 3.2.4.3. Lưu trữ hydrua hóa học
• 3.2.5. Lưu trữ hydro địa chất
• 3.2.6. Lưu trữ hydro lưới khí
• 4. HỆ THỐNG PIN NHIÊN LIỆU TRÊN Ô TÔ
• 4.1. Cấu tạo hệ thống pin nhiên liệu trên ô tô
• 4.1.1. Hệ thống cung cấp nhiên liệu
• 4.1.2. Hệ thống cung cấp không khí
• 4.1.3. Hệ thống làm mát
• 4.2. Hiệu suất của pin nhiên liệu
• 4.2.1. Hiệu suất lý thuyết
• 4.2.2. Hiệu suất điện áp của pin nhiên liệu
• 4.2.3. Tổn thất kích hoạt điện cực
• 4.2.4. Tổn thất điện trở ohmic
• 4.2.5. Tổn thất nồng độ
• 4.2.6. Hiệu suất sử dụng nhiên liệu
• 4.2.7. Hiệu suất tổng quát của pin nhiên liệu
• 5. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PIN NHIÊN LIỆU PEM
• 5.1. Phương pháp mô phỏng
• 5.2. Các sơ đồ khối của hệ thống pin nhiên liệu PEMFC
• 5.3. Hệ thống nguồn cấp nhiên liệu Hydro
• 5.4. Hệ thống kiểm soát độ ẩm của cực Anode
• 5.5. Hệ thống kênh dẫn khí của hai cực
• 5.6. Hệ thống cụm điện cực màng
• 5.7. Hệ thống làm mát
• 5.8. Hệ thống kiểm soát độ ẩm của cực Cathode
• 5.9. Hệ thống nguồn cung cấp nhiên liệu Oxy
• 5.10. Kết quả đồ thị mô phỏng
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Hệ Thống Pin Nhiên Liệu Hydro

Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống pin nhiên liệu hydro bằng MATLAB/SIMULINK đang trở thành một xu hướng quan trọng trong ngành công nghệ năng lượng. Pin nhiên liệu hydro không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn mang lại hiệu suất năng lượng cao. Việc sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK để mô phỏng hệ thống này giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về hoạt động và hiệu suất của pin nhiên liệu. Điều này không chỉ hỗ trợ trong việc phát triển công nghệ mà còn mở ra nhiều cơ hội ứng dụng thực tiễn.

1.1. Ứng Dụng Của Pin Nhiên Liệu Hydro Trong Cuộc Sống

Pin nhiên liệu hydro được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, sản xuất điện và thiết bị điện tử. Sự phát triển của công nghệ này hứa hẹn sẽ mang lại những giải pháp năng lượng sạch và bền vững cho tương lai.

1.2. Lợi Ích Của Việc Mô Phỏng Hệ Thống Bằng MATLAB SIMULINK

Mô phỏng hệ thống pin nhiên liệu bằng MATLAB/SIMULINK cho phép các nhà nghiên cứu kiểm tra và tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống trước khi triển khai thực tế. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình phát triển.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Hệ Thống Pin Nhiên Liệu Hydro

Mặc dù pin nhiên liệu hydro có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc phát triển và ứng dụng công nghệ này. Các vấn đề như chi phí sản xuất cao, hiệu suất chưa tối ưu và hạ tầng chưa phát triển đầy đủ là những rào cản lớn. Việc nghiên cứu và tìm ra giải pháp cho những thách thức này là rất cần thiết để thúc đẩy sự phát triển của pin nhiên liệu hydro.

2.1. Chi Phí Sản Xuất Pin Nhiên Liệu Hydro

Chi phí sản xuất pin nhiên liệu hydro hiện tại vẫn còn cao do nguyên liệu và công nghệ chế tạo phức tạp. Việc giảm chi phí này là một trong những mục tiêu quan trọng trong nghiên cứu.

2.2. Hạ Tầng Cung Cấp Nhiên Liệu Chưa Đầy Đủ

Hạ tầng cung cấp nhiên liệu hydro còn hạn chế, ảnh hưởng đến khả năng tiếp cận và sử dụng pin nhiên liệu trong giao thông vận tải. Cần có sự đầu tư và phát triển hạ tầng để hỗ trợ công nghệ này.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Hệ Thống Pin Nhiên Liệu Hydro

Để nghiên cứu và mô phỏng hệ thống pin nhiên liệu hydro, các phương pháp nghiên cứu hiện đại được áp dụng. Việc sử dụng MATLAB/SIMULINK cho phép mô phỏng các quá trình điện hóa và phản ứng hóa học trong pin nhiên liệu. Các mô hình này giúp phân tích hiệu suất và tối ưu hóa thiết kế hệ thống.

3.1. Mô Hình Hóa Hệ Thống Pin Nhiên Liệu

Mô hình hóa hệ thống pin nhiên liệu bao gồm việc xây dựng các sơ đồ khối và các tham số kỹ thuật cần thiết để mô phỏng chính xác hoạt động của pin.

3.2. Phân Tích Hiệu Suất Pin Nhiên Liệu

Phân tích hiệu suất của pin nhiên liệu thông qua các chỉ số như điện áp, dòng điện và hiệu suất năng lượng. Điều này giúp đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống trong các điều kiện khác nhau.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu và mô phỏng hệ thống pin nhiên liệu hydro đã cho thấy nhiều ứng dụng thực tiễn. Các mô hình mô phỏng đã giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu suất của pin nhiên liệu. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có thể áp dụng trong sản xuất và phát triển công nghệ năng lượng sạch.

4.1. Kết Quả Mô Phỏng Hệ Thống Pin Nhiên Liệu

Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu suất của pin nhiên liệu có thể được cải thiện thông qua việc tối ưu hóa các tham số thiết kế và điều kiện hoạt động.

4.2. Ứng Dụng Trong Ngành Giao Thông Vận Tải

Pin nhiên liệu hydro đang được thử nghiệm và ứng dụng trong các phương tiện giao thông, giúp giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Nghiên Cứu Pin Nhiên Liệu Hydro

Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống pin nhiên liệu hydro bằng MATLAB/SIMULINK đã mở ra nhiều cơ hội cho công nghệ năng lượng sạch. Tương lai của pin nhiên liệu hydro hứa hẹn sẽ phát triển mạnh mẽ với sự hỗ trợ từ các chính sách và đầu tư nghiên cứu. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ này là cần thiết để đáp ứng nhu cầu năng lượng bền vững trong tương lai.

5.1. Triển Vọng Phát Triển Công Nghệ Pin Nhiên Liệu

Công nghệ pin nhiên liệu hydro có tiềm năng lớn trong việc thay thế các nguồn năng lượng truyền thống, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

5.2. Định Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện hiệu suất, giảm chi phí và phát triển hạ tầng cung cấp nhiên liệu hydro.