Báo cáo nghiên cứu khoa học Tế bào nhiên liệu nguồn năng lượng mới, siêu sạch và nhiều triển vọng

Theo Larminie, James (2003), tế bào nhiên liệu (fuel cell-FC) là một tế bào điện hóa, chuyển đổi năng lượng hóa học từ nhiên liệu thành điện năng. Điện được tạo ra từ phản ứng giữa một nguồn cung cấp nhiên liệu và tác nhân oxy hóa. Các dòng chất phản ứng vào tế bào và các sản phẩm phản ứng đi ra khỏi nó, trong khi điện vẫn còn. Tế bào nhiên liệu có thể hoạt động liên tục khi chất phản ứng cần thiết và dòng nguyên liệu được duy trì. Tế bào nhiên liệu Theo Larminie, James...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học "Tế bào nhiên liệu nguồn năng lượng mới, siêu sạch và nhiều triển vọng " Tế bào nhiên liệu nguồn năng lượng mới, siêu sạch và nhiều triển vọngTheo Larminie, James (2003), tế bào nhiên liệu (fuel cell-FC) là một tế bào điệnhóa, chuyển đổi năng lượng hóa học từ nhiên liệu thành điện năng. Điện được tạora từ phản ứng giữa một nguồn cung cấp nhiên liệu và tác nhân oxy hóa. Các dòngchất phản ứng vào tế bào và các sản phẩm phản ứng đi ra khỏi nó, trong khi điệnvẫn còn. Tế bào nhiên liệu có thể hoạt động liên tục khi chất phản ứng cần thiết vàdòng nguyên liệu được duy trì. Tế bào nhiên liệu Theo Larminie, James (2003), tế bào nhiên liệu (fuel cell-FC) là một tế bàođiện hóa,chuyển đổi năng lượng hóa học từ nhiên liệu thành điện năng. Điệnđược tạo ra từ phản ứng giữa một nguồn cung cấp nhiên liệu và tác nhân oxyhóa. Các dòng chất phản ứng vào tế bào và các sản phẩm phản ứng đi ra khỏinó, trong khi điện vẫn còn. Tế bào nhiên liệu có thể hoạt động liên tục khi chấtphản ứng cần thiết và dòng nguyên liệu được duy trì. Tế bào nhiên liệu có lúc được gọi là “pin” nhiên liệu nhưng nó khác pin thôngthường bởi đây là một hệ thống hở, chất phản ứng từ một nguồn bên ngoài vàphải được bổ sung. Chẳng hạn một tế bào nhiên liệu hydro sử dụng hydro nhưnhiên liệu và oxy (thường là từ không khí) là chất oxy hoá của nó. Có loại tế bàonhiên liệu sử dụng các nhiên liệu khác như hydrocacbon,rượu (methanol,ethanol) khí methan hoặc các hợp chất khác và sử dụng cả các enzim oxy hoákhử để thực hiện các phản ứng trao đổi điện tử vừa rẻ tiền vừa có hiệu quả cao. S ự r a đ ời Theo George Wand (2008), t ế bào nhiên liệu được phát hiệnvàonăm 1838bởi nhà khoa học Đức Christian Friedrich Schönbein. Năm 1839, WilliamRobert Grove - nhà khoa học người xứ Wales đã chế tạo ra mô hình thựcnghiệm đầu tiên của tế bào nhiên liệugồm hai điện cực platin (Pt) được bao bởihai ống hình trụ bằng thủy tinh (một ống chứa hyđrô và ống kia chứa oxy). Haiđiện cực được nhúng trong axít sulfuric loãng là chất điện phân tạo ra dòngđiện một chiều. Vì việc chế tạo các hệ thống tế bào nhiên liệu phức tạp và giáthành đắt, công nghệ này bị dừng lại cho đến thập niên 1950.Lúc này, ngành duhành vũ trụ và kỹ thuật quân sự cần dùng một nguồn năng lượng nhỏ gọn và cócông suất cao, không thông qua động cơ đốt trong. Và cơ quan hàng không vũtrụ Mỹ (NASA) đã quyết định dùng cách sản xuất điện trực tiếp bằng tế bàonhiên liệu trong các chương tr ình du hành vũ trụ Apollo vàGemini... Các tế bàonhiên liệu của chương trình Gemini chỉ dài 60cm và có đường kính là 20cmđược NASA sử dụng trong chương tr ình phát triển Gemini vào năm 1965. Vớicông suất khoảng 1kW, các tế bào nhiên liệu này đã cung cấp đồng thời điện vànước uống cho các phi hành gia vũ trụ. Nhiều nghiên cứu về tế bào nhiên liệu được tiếp tục phát triển để hoàn thiện.Nhờ chế tạo được các màng (membrane) có hiệu quả cao và các vật liệu có khảnăng chống ăn mòn hóa học tốt hơn cùng với sự tìm kiế m một nguồn nănglượng thân thiện với môi trường cho tương lai mà tế bào nhiên liệu được pháttriển mạnh mẽ vào đầu thập niên 1990. Thông qua đ ó, việc sử dụng tế bàonhiên liệu dành cho các mục đích dân sự, quân sự đã trở thành hiện thực. Ngàynay khả năng sử dụng tế bào nhiên liệu khá rộng rãi từ các thiết bị bé nhỏ nhưđiện thoại di động, máy vi tính xách tay đến ô tô, xe tăng, máy bay, tàu du hànhvũ trụ, tàu thủy, tàu ngầm hoặc các thiết bị trong gia đình, hay dùng để nạpđiện hoặc thay máy phát điện, hoặc chuyển sang dòng xoay chi ều đưa vào điệnlưới. Cấu tạo Tế bào nhiên liệu có nhiều loại, tuy nhiên, tất cả đều cấu tạo theo mộtnguyên lý chung gồ m ba phần: cực dương (anode),chất điện phân (electrolyte)và âm cực (cathode). Hai phản ứng hóa học xảy ra tại giao diện của ba phầnkhác nhau(H1) chokết quả cuối cùng là nhiên liệu tiêu thụ, nước (H2) hoặc khícarbon dioxide (CO2, khi sử dụng methanol, ethanol, methan...) và một dòngđiện cũng được tạo ra dùng cho các phụ tải (load). Tế bào nhiên liệu hydrolàloại được ưa chuộng nhất, cung cấp điện, nước và nhiệt dùng cho những gìcầnsưởi ấm nên được xem là nguồn năng lượng siêu sạch.Bên cạnh đó còn cócác loại như: Tế bào nhiên liệu kiềm- AFC (Alkaline fuel cell), t ế bào nhiên liệucó màng trao đổi proton-PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel cell), tếbào nhiên liệu axit phosphoric-PAFC (Phosphoric acid fuel cell), tế bào nhiênliệu carbonat nóng chảy-MCFC (Molten carbonate fuel cell), tế bào nhiên liệuoxit rắn-SOFC (Solid oxide fuel cell),t ế bào nhiên liệu methanol trực tiếp-DMFC (Direct methanol fuel cell). Tuy nhiên, theo Fuel Cell efficiency (Worldenergy.org. 17/7/2007 ), nhữngtính toán về nhiệt động học (thermodynamics) cho th ấy năng lượng tự do(Gibbs) ở các tế bào nhiên liệu hydro/oxy có thể đạt hiệu suất cao và để cóđược loại tế bào nhiên liệu có công suất cao tới hàng vạn KW, người ta dùng kỹthuật “ngăn xếp” ghép các tế bào thành một khố ...