NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU CeP2O7 PHA TẠP La VÀ KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHẤT ỨNG DỤNG CHO PIN NHIÊN LIỆU

Luận văn về điều chế CeP2O7 pha tạp La, khảo sát tính chất ứng dụng trong pin nhiên liệu. Nghiên cứu kỹ thuật hóa học, độ dẫn, công suất pin.

• Tác giả: Nguyễn Thanh Hảo
• Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Viễn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa – Đhqg - Hcm
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
• Đề tài: Tổng Hợp Và Khảo Sát Vật Liệu Ce1-xLaxP2O7 Cho Ứng Dụng Pin Nhiên Liệu
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Pin Nhiên Liệu Giải Pháp Năng Lượng Xanh

Nền kinh tế hiện đại phụ thuộc lớn vào nhiên liệu hóa thạch, gây ra nhiều vấn đề như ô nhiễm không khí, biến đổi khí hậu và cạn kiệt tài nguyên. Pin nhiên liệu nổi lên như một giải pháp tiềm năng, cung cấp năng lượng sạch, hiệu quả và bền vững. Ưu điểm của pin nhiên liệu bao gồm không gây ô nhiễm, không phát thải khí nhà kính, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và đảm bảo cung cấp năng lượng liên tục. Nguồn nguyên liệu cho pin nhiên liệu cũng rất dồi dào, bao gồm oxy từ không khí và hydro từ nhiều nguồn khác nhau. Pin nhiên liệu hoạt động như một máy sản xuất điện, chuyển hóa trực tiếp năng lượng hóa học thành điện năng. Khác với pin thông thường, pin nhiên liệu không lưu trữ năng lượng mà liên tục tạo ra điện khi được cung cấp nhiên liệu. Phản ứng cơ bản trong pin nhiên liệu là phản ứng nghịch của quá trình điện phân nước.

1.1. Cấu Tạo và Nguyên Lý Hoạt Động của Pin Nhiên Liệu

Pin nhiên liệu có cấu tạo đơn giản gồm hai điện cực (anode và cathode) và màng dẫn proton hoặc ion. Phản ứng sinh ra điện năng xảy ra tại hai điện cực. Chất điện phân vận chuyển các hạt điện tích giữa các điện cực. Nguyên tử hydro đi vào pin nhiên liệu, electron bị tách ra ở anode, tạo thành ion hydro mang điện tích dương. Electron chạy qua dây dẫn tạo ra dòng điện. Oxy đi vào cathode và kết hợp với electron và ion hydro, tạo ra nước. Pin nhiên liệu liên tục phát điện khi được cung cấp hydro và oxy. Phản ứng cơ bản là phản ứng nghịch của điện phân nước.

1.2. Ưu Điểm Vượt Trội của Pin Nhiên Liệu so với Nhiên Liệu Hóa Thạch

Pin nhiên liệu mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với nhiên liệu hóa thạch. Chúng không gây ô nhiễm không khí và không phát thải khí nhà kính, góp phần bảo vệ môi trường. Chúng cũng giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên hóa thạch, tăng cường an ninh năng lượng. Ngoài ra, pin nhiên liệu có thể cung cấp năng lượng liên tục, không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết hay thời gian trong ngày. Nguồn nguyên liệu cho pin nhiên liệu, đặc biệt là hydro, có thể được khai thác từ nhiều nguồn khác nhau, đảm bảo nguồn cung ổn định và bền vững.

II. Phân Loại Pin Nhiên Liệu Tìm Hiểu Các Công Nghệ Tiên Tiến

Có nhiều loại pin nhiên liệu, mỗi loại có cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng khác nhau. Các loại pin nhiên liệu chính bao gồm Alkaline Fuel Cell (AFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) và Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC). Mỗi loại pin nhiên liệu có ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng cụ thể. PEMFC đang được sử dụng rộng rãi nhờ nhiệt độ hoạt động thấp và khả năng điều chỉnh điện năng. Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng CeP2O7 cho PEMFC hoạt động ở nhiệt độ trung bình.

2.1. PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell Tiềm Năng Ứng Dụng Rộng Rãi

PEMFC là loại pin nhiên liệu sử dụng màng trao đổi proton làm chất điện phân. Chúng hoạt động ở nhiệt độ thấp (khoảng 80°C), có hiệu suất cao và khả năng khởi động nhanh. PEMFC được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm giao thông vận tải, năng lượng di động và năng lượng cố định. Nghiên cứu tập trung vào cải thiện hiệu suất và độ bền của màng trao đổi proton trong PEMFC để mở rộng phạm vi ứng dụng.

2.2. So Sánh Các Loại Pin Nhiên Liệu Ưu và Nhược Điểm

Mỗi loại pin nhiên liệu có những ưu điểm và nhược điểm riêng. AFC có hiệu suất cao nhưng nhạy cảm với CO2. PAFC ổn định và có tuổi thọ cao nhưng hiệu suất thấp. MCFC hoạt động ở nhiệt độ cao và có thể sử dụng nhiều loại nhiên liệu nhưng ăn mòn. SOFC cũng hoạt động ở nhiệt độ cao và có hiệu suất cao nhưng đắt tiền. DMFC sử dụng methanol lỏng làm nhiên liệu nhưng hiệu suất thấp. Việc lựa chọn loại pin nhiên liệu phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

III. Ce1 xLaxP2O7 Vật Liệu Tiềm Năng Cho Pin Nhiên Liệu Nghiên Cứu

Ce1-xLaxP2O7 là một loại vật liệu ceramic composite có tiềm năng ứng dụng trong pin nhiên liệu, đặc biệt là PEMFC hoạt động ở nhiệt độ trung bình. Nghiên cứu tập trung vào việc tổng hợp và khảo sát tính chất của Ce1-xLaxP2O7, bao gồm cấu trúc, độ dẫn ion và hiệu suất trong pin nhiên liệu. Việc pha tạp Lanthanum (La) vào CeP2O7 có thể cải thiện độ dẫn proton và độ ổn định của vật liệu. Luận văn này tập trung vào nghiên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu CeP2O7 sử dụng La nhằm thu được vật liệu có độ dẫn proton cao.

3.1. Tổng Hợp Ce1 xLaxP2O7 Phương Pháp và Quy Trình Tối Ưu

Việc tổng hợp Ce1-xLaxP2O7 có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm phương pháp ceramic method, sol-gel. Quy trình tổng hợp bao gồm trộn các tiền chất, nung ở nhiệt độ cao và nghiền để tạo thành bột vật liệu. Nghiên cứu tập trung vào tối ưu hóa các thông số tổng hợp, như tỷ lệ mol của các chất phản ứng, nhiệt độ nung và thời gian nung, để thu được vật liệu có cấu trúc và tính chất mong muốn. Cerium pyrophosphate pha tạp La (Ce1-xLaxP2O7; x=0,05; 0,1 và 0,2) được tổng hợp bằng bột CeO2 99,9% và Lanthanum nitrate hexahydrate với axit photphoric 85%.

3.2. Khảo Sát Tính Chất của Ce1 xLaxP2O7 XRD SEM và Độ Dẫn Ion

Các tính chất của Ce1-xLaxP2O7 có thể được khảo sát bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ hồng ngoại (FTIR) và đo độ dẫn ion. XRD được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu. SEM được sử dụng để quan sát hình thái và kích thước hạt. FTIR được sử dụng để xác định các nhóm chức. Đo độ dẫn ion được sử dụng để đánh giá khả năng dẫn điện của vật liệu. Độ dẫn của viên thiêu kết Ce1-xLaxP2O7 được đo bằng phương pháp đo tổng trở (EIS). Các giá trị độ dẫn theo nhiệt độ được thực hiện ở nhiệt độ khác nhau trong phạm vi 80-280oC trong không khí ẩm bằng cách tăng nhiệt độ lò theo từng bước cách nhau 20oC.

IV. Ảnh Hưởng của Lanthanum La Cải Thiện Độ Dẫn Ion

Việc pha tạp Lanthanum (La) vào CeP2O7 có thể cải thiện đáng kể độ dẫn ion của vật liệu. Lanthanum tạo ra các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể, tạo điều kiện cho proton di chuyển dễ dàng hơn. Nghiên cứu tập trung vào xác định tỷ lệ pha tạp La tối ưu để đạt được độ dẫn ion cao nhất. Độ dẫn của Ce1-xLaxP2O7 chủ yếu là do sự kết hợp của nước làm cho tính dẫn tăng khi độ ẩm tăng. Ngoài ra vật liệu có pha tạp La không chỉ làm tăng độ dẫn mà còn dịch chuyển và mở rộng phạm vi vùng nhiệt độ của nó từ 160oC đến 240oC (cao hơn 10−2 S cm−1).

4.1. Tỷ Lệ Ce La Tối Ưu Hóa để Đạt Độ Dẫn Ion Cao Nhất

Tỷ lệ Ce/La trong Ce1-xLaxP2O7 có ảnh hưởng lớn đến độ dẫn ion. Nghiên cứu tập trung vào việc xác định tỷ lệ Ce/La tối ưu để tạo ra số lượng khuyết tật lớn nhất trong cấu trúc tinh thể, từ đó cải thiện độ dẫn ion. Các tỷ lệ Ce/La khác nhau được thử nghiệm và đánh giá để xác định cấu hình tốt nhất.

4.2. Cơ Chế Cải Thiện Độ Dẫn Ion nhờ Pha Tạp Lanthanum

Việc pha tạp Lanthanum vào CeP2O7 tạo ra các khuyết tật trong cấu trúc tinh thể, như vị trí trống và ion xen kẽ. Các khuyết tật này tạo điều kiện cho proton di chuyển dễ dàng hơn qua vật liệu. Lanthanum cũng có thể làm thay đổi cấu trúc tinh thể của CeP2O7, tạo ra các kênh dẫn ion hiệu quả hơn. Nghiên cứu tập trung vào hiểu rõ cơ chế cải thiện độ dẫn ion nhờ pha tạp Lanthanum để tối ưu hóa vật liệu.

V. Ứng Dụng Ce1 xLaxP2O7 trong Pin Nhiên Liệu Đánh Giá Công Suất

Ce1-xLaxP2O7 có thể được sử dụng làm chất điện phân trong pin nhiên liệu, đặc biệt là PEMFC. Hiệu suất của pin nhiên liệu sử dụng Ce1-xLaxP2O7 phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm độ dẫn ion của vật liệu, diện tích bề mặt điện cực và điều kiện hoạt động. Nghiên cứu tập trung vào đánh giá công suất của pin nhiên liệu sử dụng Ce1-xLaxP2O7 trong các điều kiện khác nhau.

5.1. Chế Tạo Pin Nhiên Liệu Sử Dụng Ce1 xLaxP2O7 Quy Trình và Vật Liệu

Việc chế tạo pin nhiên liệu sử dụng Ce1-xLaxP2O7 bao gồm chuẩn bị vật liệu điện cực, chế tạo màng điện phân và lắp ráp các thành phần. Vật liệu điện cực thường là than hoạt tính hoặc kim loại quý. Màng điện phân được làm từ Ce1-xLaxP2O7. Các thành phần được lắp ráp thành một tế bào pin nhiên liệu hoàn chỉnh. Quá trình chế tạo tế bào pin nhiên liệu và đánh giá công suất pin.

5.2. Đánh Giá Công Suất Pin Nhiên Liệu Ảnh Hưởng của Nhiệt Độ và Độ Ẩm

Công suất của pin nhiên liệu sử dụng Ce1-xLaxP2O7 phụ thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm. Nhiệt độ cao hơn có thể cải thiện độ dẫn ion của vật liệu, nhưng cũng có thể làm giảm độ ổn định. Độ ẩm cao hơn có thể cải thiện độ dẫn ion, nhưng cũng có thể gây ra ăn mòn. Nghiên cứu tập trung vào đánh giá công suất của pin nhiên liệu trong các điều kiện nhiệt độ và độ ẩm khác nhau để xác định điều kiện hoạt động tối ưu. Công suất đỉnh đo được của tế bào nhiên liệu hydro-không khí sử dụng Ce1-xLaxP2O7 (x=0,05) với độ dày 0,44 mm là 49,03 mW cm-2 tại 240oC với nhiên liệu khí vào chứa 50% H2.

VI. Triển Vọng và Tương Lai Ce1 xLaxP2O7 Cho Năng Lượng Sạch

Ce1-xLaxP2O7 là một vật liệu đầy hứa hẹn cho ứng dụng trong pin nhiên liệu. Nghiên cứu và phát triển liên tục có thể cải thiện hiệu suất và độ bền của vật liệu, mở ra cơ hội cho ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực năng lượng sạch. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các kim loại biến tính vào CeP 2O7 đến độ dẫn proton, độ dày của electrolye ảnh hưởng đến công suất của pin, ảnh hưởng của thành phần các chất trong điện cực.

6.1. Cải Tiến Vật Liệu Ce1 xLaxP2O7 Hướng Nghiên Cứu Mới

Có nhiều hướng nghiên cứu có thể được thực hiện để cải tiến vật liệu Ce1-xLaxP2O7, bao gồm phát triển phương pháp tổng hợp mới, tối ưu hóa tỷ lệ pha tạp La, và cải thiện độ ổn định của vật liệu. Các nghiên cứu mới nhất về vật liệu Ce1-xLaxP2O7 cũng được theo dõi.

6.2. Ứng Dụng Thực Tế và Đánh Giá Hiệu Quả Kinh Tế của Ce1 xLaxP2O7

Việc ứng dụng Ce1-xLaxP2O7 trong pin nhiên liệu có thể mang lại nhiều lợi ích kinh tế, bao gồm giảm chi phí năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường. Đánh giá hiệu quả kinh tế của Ce1-xLaxP2O7 cần được thực hiện để xác định tính khả thi của việc thương mại hóa vật liệu. Cần đánh giá hiệu quả kinh tế và bền vững năng lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Pin nhiên liệu có nhiều tiềm năng để thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch. Điều này đã đáp ứng đáng kể nhu cầu sử dụng nhiên liệu xanh trong tình hình ô nhiễm môi trƣờng hiện nay nói chung cũng nhƣ lợi ích của ngƣời tiêu dùng nói riêng. Trong đó, PEMFC đã đƣợc sử dụng rộng rãi vƣợt trội hơn so với các loại pin nhiên liệu khác do đặc tính vƣợt trội là nhiệt độ làm việc tƣơng đối thấp và điện năng cung cấp có thể thay đổi và điều chỉnh đƣợc. Trong đó CeP2O7 hoàn toàn có thể sử dụng cho pin nhiên liệu PEMFC hoạt động ở nhiệt độ trung bình.

Tuy nhiên, các nguyên cứu này chỉ dừng lại ở mức sử dụng CeP2O7 làm electrolyte, Pt/C làm xúc tác cho các điện cực, chƣa nguyên cứu sâu hơn về ảnh hƣởng của các kim loại biến tính vào CeP 2O7 đến độ dẫn proton, độ dày của electrolye ảnh hƣởng đến công suất của pin, ảnh hƣởng của thành phần các chất trong điện cực. Xuất phát từ các ý tƣởng đó, chúng tôi dự đoán rằng sử dụng La biến tính CeP2O7 sẽ cho kết quả đầy triển vọng về ứng dụng làm pin nhiên liệu. Luận văn này tập trung nguyên cứu tổng hợp và biến tính vật liệu CeP2O7 sử dụng La nhằm thu đƣợc vật liệu có độ dẫn proton cao. HVTH: Nguyễn Thanh Hảo-7140188 Trang 1 Luận văn Thạc sĩ – chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học CHƢƠNG I: TỔNG QUAN I.

Tổng quan về Pin nhiên liệu I. Pin nhiên liệu Gần nhƣ toàn bộ nền kinh tế, chính xác hơn là toàn bộ xã hội hiện đại đã phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Nó đóng một vài trò quan trọng trong việc đƣa xã hội đến mức phát triển nhƣng nó cũng tồn tại những vấn đề nhức nhối lớn: ô nhiễm không khí, các vấn đề môi trƣờng, nguy hiểm và đặc biệt là vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu cùng với sự nóng lên của trái đất. Ngoài ra, nhiên liệu hóa thạch chỉ là nguồn tài nguyên hữu hạn không thể đƣợc tái tạo và còn làm cho một số nƣớc không có nhiều tài nguyên sẽ bị phụ thuộc vào những nƣớc vốn có nguồn dầu dồi dào, từ đó dẫn đến nhiều hệ quả chính trị và kinh tế khác, thậm chí cả những cuộc chiến tranh giành dầu mỏ.

Và một nguồn năng lƣợng – pin nhiên liệu có nhiều tiềm năng mang lại ứng dụng, phát triển nhằm thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch. Pin nhiên liệu có nhiều hiệu quả nhƣ: không gây ô nhiễm; không thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính; không phụ thuộc về kinh tế: không dùng dầu mỏ và các loại nhiên liệu hóa thạch khác. Pin nhiên liệu không phụ thuộc vào thời tiết và độ dài của ngày, nó có thể đảm bảo cung cấp năng lƣợng 24/24 giờ. Nguồn nguyên liệu sử dụng cho pin nhiên liệu rất dồi dào.

Oxy thì đã có sẵn trong không khí, còn hydro có thể thu đƣợc từ nhiều nguồn khác nhau nhƣ: nhiên liệu hóa thạch, những nguồn nhiên liệu tái sinh, năng lƣợng hạt nhân, nguồn tài nguyên có trong nƣớc,… Điều này làm giảm sự phụ thuộc dầu mỏ, các loại nhiên liệu hóa thạch khác. Nhƣ vậy, có thể thấy pin nhiên liệu là một trong những nguồn năng lƣợng tiên tiến nhất hiện nay, nó đóng vai trò nhƣ một máy sản xuất điện với nhiên liệu đầu vào chỉ cần hydro và oxy. Các tế bào nhiên liệu hay còn gọi là "pin nhiên liệu", biến đổi năng lƣợng hóa học của nhiên liệu, thí dụ nhƣ là hyđrô, trực tiếp thành năng lƣợng điện. Pin nhiên liệu là thiết bị chuyển hóa năng thành điện năng thông qua các phản ứng ở các điện cực.

Không giống nhƣ pin thông thƣờng (battery) hay ắc quy, pin nhiên liệu không bị mất điện và cũng không có khả năng tích điện, pin nhiên liệu không chứa năng lƣợng bên trong mà nó chuyển hóa trực tiếp từ hóa năng thành điện năng. Pin nhiên liệu đƣợc coi là hệ thống hở và hoạt động liên tục khi nhiên liệu (hydro, hydro carbon, khí thiên nhiên, etanol,…) và chất oxy hóa (oxy, không khí) đƣợc đƣa từ ngoài vào (chủ yếu là HVTH: Nguyễn Thanh Hảo-7140188 Trang 2 Luận văn Thạc sĩ – chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học từ bình khí nén bên ngoài). Trong khi đó ác quy cần nạp điện lại sau một thời gian sử dụng còn pin nhiên liệu thì chỉ cần cung cấp nhiên liệu thì có thể có điện để sử dụng. Để giảm chi phí vận hành thì ngƣời ta thƣờng sử dụng không khí thay cho oxy nguyên chất.

Một tế bào nhiên liệu có cấu tạo đơn giản bao gồm ba lớp nằm trên nhau. Lớp thứ nhất là điện cực nhiên liệu (cực dƣơng), lớp thứ hai là chất điện phân dẫn ion và lớp thứ ba là điện cực khí ôxy (cực âm). Cấu tạo đơn giản nhất của pin nhiên liệu là tế bào pin nhiên liệu gồm có hai điện cực cathode và anode và màng dẫn proton hoặc dẫn ion O2-, trong đó 2 điện cực xốp (anode và cathode) đƣợc ghép 2 bên của màng electrolyte. Phản ứng sinh ra điện năng xảy ra tại hai điện cực này.

Giữa hai điện cực còn chứa chất điện phân, vận chuyển các hạt điện tích từ điện cực này sang điện cực khác, và chất xúc tác nhằm làm tăng tốc độ phản ứng. Hai điện cực đƣợc làm bằng chất dẫn điện (kim loại, than chì,. Chất điện phân đƣợc dùng là nhiều chất khác nhau tùy thuộc vào loại của tế bào nhiên liệu, có loại ở thể rắn, có loại ở thể lỏng và có cấu trúc màng. Chất điện phân đóng vai trò quyết định chủ chốt.

Nó phải chỉ cho phép những ion thích hợp đi qua giữa anode và cathode; vì nếu electron tự do hay các chất khác cũng có thể đi qua chất điện phân này, chúng sẽ làm hỏng các phản ứng hóa học. Có nhiều loại pin nhiên liệu và mỗi kiểu vận hành một cách khác nhau nhƣng cùng chung nguyên tắc cơ bản. Khi những nguyên tử hydro đi vào pin nhiên liệu, phản ứng hóa học xảy ra ở anode sẽ lấy đi electron của chúng. Những nguyên tử hydro lúc này bị ion hóa và mang điện tích dƣơng.

Electron điện tích âm sẽ chạy qua dây dẫn tạo ra dòng điện một chiều. Oxy đi vào cathode, trong một số dạng pin nhiên liệu, chúng sẽ kết hợp với các electron từ dòng điện và những ion hydro vừa đi qua chất điện phân từ anode; ở một số dạng pin nhiên liệu khác, oxy lấy electron rồi đi qua chất điện phân đến anode, gặp và kết hợp với các ion hydro tại đó. Dù cùng gặp ở anode hay cathode, kết hợp với nhau, hydro và oxy cuối cùng cũng tạo ra nƣớc, thoát ra khỏi pin. Pin nhiên liệu sẽ liên tục phát điện khi vẫn đƣợc cung cấp hydro và oxy.

Phản ứng cơ bản trong pin nhiên liệu chính là phản ứng nghịch của quá trình điện phân nƣớc. Ở bề mặt cực dƣơng khí hiđrô bị ôxy hóa bằng hóa điện, Các điện tử đƣợc giải phóng đi từ cực dƣơng qua mạch điện bên ngoài về cực âm. Các proton H+ HVTH: Nguyễn Thanh Hảo-7140188 Trang 3 Luận văn Thạc sĩ – chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học di chuyển trong chất điện phân xuyên qua màng có khả năng chỉ cho proton đi qua về cực âm kết hợp với khí ôxy có sẵn trong không khí (nồng độ 21%) và các điện tử tạo thành nƣớc Phản ứng hóa học tổng quát cho pin nhiên liệu còn tƣơng tự nhƣ là sự kết hợp giữa khí hydro và oxy tạo nên năng lƣợng; điểm làm nên sự khác biệt quan trọng là – phản ứng cháy tạo ra nhiệt trong khi phản ứng điện hóa của pin nhiên liệu sinh ra điện năng. Khi nào còn đƣợc cung cấp nguyên liệu, pin sẽ cung cấp điện.

Phân loại Pin nhiên liệu Các hệ thống tế bào nhiên liệu đƣợc phân loại theo nhiều cách khác nhau tùy theo cách nhìn:  Phân loại theo nhiệt độ hoạt động  Phân theo loại các chất tham gia phản ứng  Phân loại theo điện cực  Phân theo loại các chất điện phân là cách phân loại thông dụng ngày nay Liệt kê dƣới đây là 6 loại tế bào nhiên liệu khác nhau:  AFC (Alkaline fuel cell - tế bào nhiên liệu kiềm) Pin nhiên liệu alkali (kiềm) vận hành với khí hydrogen nén và oxy, dùng dung dịch kiềm KOH làm chất điện phân. Hiệu suất pin khoảng 70%, và hoạt động ở từ 150oC đến 200oC. Công suất đầu ra khoảng từ 300W đến 5kW. Do nhỏ, nhẹ, hiệu suất cao nên phần lớn loại pin nhiên liệu alkali này thƣờng đƣợc dùng trong các phƣơng tiện xe cộ, giao thông.

Phản ứng trên anode: 2H2 + 4OH-  4H2O + 4e- (1.4) Phản ứng trên cathode: O2 + 2H2O + 4e-  4OH- (1.5) Tổng quát: 2H2 + O2  2H2O + năng lƣợng (điện) HVTH: Nguyễn Thanh Hảo-7140188 Trang 4 Luận văn Thạc sĩ – chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học Nó đòi hỏi nhiên liệu hydro tinh khiết và chất xúc tác điện cực bằng platin (bạch kim). Vì thế mà pin nhiên liệu alkali vẫn còn khá đắt đỏ để thƣơng mại hóa cho các sản phẩm thông thƣờng. Tháng 7/1998, công ty “xe cộ không phát thải” ZEVCO (the Zero Emission Vehicle Company) đã cho ra đời chiếc taxi mẫu đầu tiên tại London nƣớc Anh. Chiếc taxi sử dụng một bộ pin nhiên liệu alkali 5kW, chất xúc tác cobalt đƣợc thay cho platin để giảm chi phí, xe chạy không sinh ra khí độc và vận hành rất êm, gần nhƣ không gây tiếng động nhƣ những taxi chạy bằng động cơ đốt trong thông thƣờng.

 PAFC (Phosphoric acid fuel cell - tế bào nhiên liệu axit phosphoric) PAFC dùng axit phosphoric làm chất điện phân, phƣơng trình (1. Hiệu suất pin có thể đạt từ 40% đến 80%, và nhiệt độ vận hành nằm trong khoảng 150oC đến 200oC. Các pin nhiên liệu PAFC hiện tại có công suất đến 200 kW, và thậm chí 11 MW đã đƣợc thử nghiệm. PAFC đòi hỏi điện cực bạch kim, và các bộ phận bên trong phải chống chịu đƣợc ăn mòn axit.

PAFC đƣợc phát triển, kiểm tra thực nghiệm từ giữa thập kỉ 60 và 70 của thế kỉ trƣớc, là dạng pin nhiên liệu đầu tiên đƣợc thƣơng mại hóa trên thị trƣờng nên đến ngày nay PAFC đã có đƣợc nhiều cải tiến đáng kể nhằm giảm chi phí và tăng tính ổn định, chất lƣợng hoạt động. Hệ thống PAFC thƣờng đƣợc cài đặt cho các tòa nhà, khách sạn, bệnh viện, các thiết bị điện (các ứng dụng tĩnh tƣơng đối lớn) và công nghệ này đã đƣợc phổ biến ở Nhật Bản, châu Âu và Hoa Kỳ.  MCFC (Molten carbonate fuel cell - tế bào nhiên liệu carbonat nóng chảy) MCFC dùng các muối carnonate của Na và Mg ở nhiệt độ cao làm chất điện phân.