Cách hoạt động của Pin nhiên liệu Hydro: công nghệ năng lượng sạch trong tương lai

Là một công nghệ tiên tiến, pin nhiên liệu hydro được đánh giá cao trong việc đem lại một nguồn năng lượng xanh sạch. Với khả năng chuyển đổi năng lượng hóa học thành điện năng mà không xả ra bất kỳ khí thải nào ngoài hơi nước, công nghệ này đang ngày càng thu hút sự chú ý khi mà nhiên liệu hoá thạch đang dần khan hiếm và tình trạng ô nhiễm gia tăng.

Pin nhiên liệu hydro đã ra đời thế nào?

Pin nhiên liệu không phải thứ gì quá mới mẻ, anh em hẳn sẽ ngạc nhiên khi biết nó đã được phát minh từ năm 1839 bởi nhà khoa học Anh William Grove. Ông nầy nhận ra khi kết hợp hydro và oxy trong một hệ thống điện hóa thì chúng ta sẽ tạo ra điện năng cùng "chất thải" là nước.

Nhưng phải tới thế kỷ 20, công nghệ này mới phát triển mạnh khi NASA xài pin nhiên liệu trong các sứ mệnh không gian. Năm 2003, Tổng thống Mỹ Bush công bố chương trình Sáng kiến Nhiên liệu Hydro (HFI) nhằm phát triển công nghệ pin nhiên liệu hydro cùng hạ tầng trạm để biến xe chạy pin nhiên liệu thành hiện thực vào năm 2020. Ngoài ra nhiều nước khác cũng đã đổ hàng tỷ USD vào việc phát triển loại pin này.

Cấu tạo một pin nhiên liệu hydro

Pin nhiên liệu hydro là một thiết bị chuyển đổi năng lượng hóa học từ hydro và oxy thành điện thông qua phản ứng điện hóa mà không cần xảy ra sự cháy. Khác với pin bình thường lưu trữ năng lượng và tới lúc nào đó sẽ hết pin, pin nhiên liệu sẽ liên tục sinh ra điện miễn là còn được cấp nhiên liệu (hydro) và khí oxy. Một cell pin nhiên liệu hydro điển hình sẽ gồm các bộ phận như:

• Anode (cực âm): Là nơi dòng khí hydro đi vào và tại đây nó bị oxy hóa để tạo ra các electron và ion H⁺ (còn gọi là proton). Anode thường được làm từ vật liệu dẫn điện như cacbon có phủ chất xúc tác (thường là bạch kim) để đẩy phản ứng.
• Cathode (cực dương): Là nơi oxy từ không khí được dẫn vào, tại đây nó kết hợp với electron và proton H⁺ để biến thành nước. Bản thân cathode được phủ chất xúc tác để thúc đẩy phản ứng.
• Màng trao đổi proton: Là lớp vật liệu nằm giữa anode và cathode. Nó cho phép ion H⁺ di chuyển từ anode qua cathode, đồng thời ngăn cách hydro và oxy để tránh cả hai phản ứng trực tiếp. Màng này thường làm từ vật liệu polymer dẫn ion.
• Tấm lưỡng cực: Dẫn khí hydro và oxy vào pin, đồng thời dẫn dòng điện ra mạch ngoài. Các tấm này thường được làm từ vật liệu dẫn điện như graphite hoặc kim loại.
• Hệ thống quản lý nhiên liệu và nhiệt: Gồm máy nén khí, máy bơm hydro và hệ thống làm mát để giúp pin làm việc ổn định.

Một pin nhiên liệu đơn lẻ chỉ tạo ra điện áp khoảng 0,7 vôn nên người ta cần xếp chồng nhiều pin để đạt điện áp và công suất mong muốn. Chẳng hạn với 400 cell pin (0,7 vôn/cell) thì ta sẽ có điện áp tổng là 280 vôn. Trên xe tải, hệ thống pin nhiên liệu thường gồm 300-500 cell được xếp chồng nối tiếp nhau (gọi là stack). Thí dụ xe Nikola Tre FCEV có stack chứa 400 cell pin và tạo ra công suất 300 kilowatt. Một hệ thống pin như vậy giúp xe đi được từ 500-800 km trong một lần nạp.

Cách thức hoạt động

Phản ứng điện hóa giữa hydro và oxy diễn ra theo trình tự đơn giản như sau:

• Tại anode: Hydro (H₂) được cung cấp và tiếp xúc với chất xúc tác. Phản ứng oxy hóa xảy ra là: H₂ → 2H⁺ 2e⁻, trong đó hydro phân tách thành proton (H⁺) và electron (e⁻). Các proton đi qua màng trao đổi để đến cathode, còn các electron thì lại đi vòng qua mạch ngoài và tạo ra dòng điện. Có một ít khí hydro không oxy hóa hết thì chúng sẽ được dẫn ra ngoài và tái sử dụng.
• Tại cathode: Oxy (O₂) từ không khí kết hợp với proton và electron (vào lại từ mạch ngoài), tạo thành nước thông qua phản ứng: ½O₂ 2H⁺ 2e⁻ → H₂O. Vậy nếu chúng ta gộp hết lại thì phản ứng chung trong pin là: H₂ ½O₂ → H₂O.
• Phản ứng này tạo ra điện, với chất thải là nước và có sinh chút nhiệt. Nhưng hệ thống quản lý sẽ giúp loại bỏ nước và nhiệt dư thừa, đảm bảo cung cấp dòng nhiên liệu ổn định, đồng thời giữ cho nhiệt độ trong pin luôn từ 60-80°C.

Mặt khác thì để có hydro cung cấp cho pin, khí này sẽ được chứa trong các bình có áp suất từ 350-700 bar (thường từ 4-10 bình tùy loại xe). Qua van điều áp thì hydro được giảm áp xuống 1-3 bar trước khi đi vào anode.

Khí oxy thì chẳng cần lưu trữ trong bình gì cả mà sẽ lấy thẳng từ không khí. Máy nén khí sẽ hút không khí, lọc sạch bụi và độ ẩm, sau đó tăng áp lên 1-2,5 bar và đưa vào cathode.

Quảng cáo

10 bình hydro chất sau cabin xe tải Huyndai Xcient Class 8 dùng để cấp cho pin nhiên liệu nằm dưới cabin.

Một nguồn năng lượng sạch của tương lai

Pin nhiên liệu hydro không thải ra khí cacbon dioxit hay các khí gây ô nhiễm như NO₂ và SO₂, chưa kể còn hoạt động êm và yên tĩnh. Nhờ vậy nó có thể ứng dụng trong một phạm vi rất rộng từ xe hơi, xe tải, tàu không gian, thiết bị điện tử và hệ thống điện dự phòng.

Nhưng không có gì hoàn mỹ 100% bởi hiện giờ thì chi phí sản xuất còn cao. Cái chính là do xài lớp xúc tác là bạch kim rất mắc và mạng lưới trạm hydro còn hạn chế. Những vấn đề này đang được giải quyết thông qua việc nghiên cứu vật liệu mới và mở rộng mạng lưới cung ứng hydro.

Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo

Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com

Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

--- 

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa đào tạo Power BI phân tích báo cáo để bán hàng thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học ​

KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay

Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay.

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

KHÓA EXCEL CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng TableAU - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình 

kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP

​​​​​

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA

Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍

 KHÓA HỌC VIDEO- XÂY DỰNG PHẦN MỀM QUẢN LÝ BẰNG MICROSOFT ACCESS

GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng

Khóa hoc lập trình bằng Python tại đây

Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ

Để tham gia tất cả các bài học, Bạn nhấn vào đây 

Khóa học lập trình cho bé MSWLogo

Nhấn vào đây để bắt đầu học

Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình  TUYỆT VỜI

Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử

Khóa học vẽ tạo giao diện demo cho website

Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 

Tham gia khóa học tại đây

Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột

Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

Nguồn: Tinh Tế

Share !