Nghiên cứu độ bền của màng điện ly trong pin nhiên liệu

Bài viết Nghiên cứu độ bền của màng điện ly trong pin nhiên liệu nghiên cứu độ bền của màng điện ly Nafion NR211 (độ dày 25 um) trong pin nhiên liệu (PEMFCs) với các bài thử bền cơ học, hóa học và kết hợp cơ/hóa học.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu độ bền của màng điện ly trong pin nhiên liệu ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL. 21, NO. 3, 2023 85 NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN CỦA MÀNG ĐIỆN LY TRONG PIN NHIÊN LIỆU AN INVESTIGATION OF THE MEMBRANE DURABILITY IN THE POLYMER ELECTROLYTE MEMBRANE FUEL CELLS Ngô Phi Mạnh1,2*, Kohei Ito2 1 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng 2 Trường Đại học Kyushu, Nhật Bản *Tác giả liên hệ: npmanh@dut.udn.vn (Nhận bài: 25/12/2022; Chấp nhận đăng: 22/02/2023) Tóm tắt - Bài báo nghiên cứu độ bền của màng điện ly Nafion Abstract - The paper investigates the durability of the membrane NR211 (độ dày 25 m) trong pin nhiên liệu (PEMFCs) với các Nafion NR211 (25 m thickness) in the polymer electrolyte bài thử bền cơ học, hóa học và kết hợp cơ/hóa học. Ứng suất dư membrane fuel cells under chemical, mechanical, and combined và tốc độ hình thành H2O2 là hai đại lượng quyết định mức độ chemical and mechanical durability tests. The in-plane stresses and phá hủy màng điện ly về mặt cơ học và hóa học, được tính toán the formation rate of H2O2, which respectively represent the impact trong ba điều kiện thử bền. Đồng thời, các bài thử bền hóa học of mechanical and chemical stresses on the membrane, are và kết hợp cơ/hóa học được tiến hành trên một pin nhiên liệu quantified in the durability tests. Moreover, the chemical and được thiết kế với ô kính có hệ số xuyên qua lớn ở cực âm, giúp combined chemical and mechanical durability tests are conducted phát hiện sự tăng nhiệt độ lớp phân chia khí gây nên bởi quá in a visualization cell, which is designed with a high-transmittance trình cháy hỗn hợp khí rò qua màng điện ly bằng một camera glass at the cathode side to capture the GDL’s temperature rise with hồng ngoại. Theo lưu lượng khí rò được kiểm tra định kỳ, màng the support of an infrared (IR) camera. Based on the hydrogen điện ly bị hư hại nhanh chóng ở bài thử bền hóa học và kết hợp crossover rate, the membrane fails quickly in the chemical and cơ/hóa học so với điều kiện thử bền cơ học. Các điểm nóng xuất combined chemical and mechanical durability tests compared with hiện tại những vết nứt và lỗ rò chứng tỏ quá trình cháy đã the mechanical durability test. The hotspot emergence in the IR chuyển sang mức độ nguy hiểm. images at the pinhole and crack positions consolidates the transition of the combustion process to the accidental scale. Từ khóa - Pin nhiên liệu; bài thử bền màng điện ly; lưu lượng khí Key words - PEM fuel cells; membrane durability test; hy-drogen rò; quá trình cháy; phân tích ảnh nhiệt. crossover rate; catalytic combustion; infrared imaging. 1. Tổng quan bị hư hại, dẫn đến giảm hiệu quả hoạt động và độ bền chung Các phương tiện vận tải được cung cấp động lực bởi hệ của pin nhiên liệu. Các tác động lên màng điện ly thường thống pin nhiên liệu sử dụng “hy-dro xanh” được xem là được chia thành ba cơ chế: Tác động cơ học, tác động hóa giải pháp thay thế tiềm năng và bền vững cho các phương học, và tác động của nhiệt độ. tiện sử dụng công nghệ động cơ đốt trong. Cụm pin nhiên Sự thay đổi qua lại giữa các ứng suất kéo và nén sẽ gây liệu là trung tâm của xe chạy pin nhiên liệu (gọi tắt là nên các hư hại về mặt cơ học trên màng điện ly. Màng điện FCVs), và độ bền của nó là một trong những trở ngại cho ly có nhiệm vụ truyền dẫn proton từ cực dương sang cực âm sự phổ biến của xe chạy pin nhiên liệu trên thị trường. trong quá trình hoạt động của pin nhiên liệu. Chức năng này Muốn thay thế cho xe sử dụng động cơ đốt trong, tuổi thọ được thực hiện khi màng điện ly được làm ẩm. Màng điện của xe sử dụng pin nhiên liệu phải thỏa mãn được yêu cầu ly là vật liệu háo nước, và khi hấp thụ nước kích thước màng về độ bền nhất định, cụ thể là 8.000 giờ [1] với xe cá nhân, điện ly sẽ tăng lên, ngược lại, nó sẽ co lại khi bị làm khô. và 30.000 giờ [1] với các xe tải trọng lớn. Tuy nhiên, trong một pin nhiên liệu, màng điện ly bị cố định Một cụm pin nhiên liệu được ghép từ hàng trăm pin giữa các thành phần khác của pin. Do đó, bất cứ sự thay đổi nhiên liệu đơn (ví dụ, Mirai của Toyota chứa hơn 370 pin kích thước nào của màng điện ly sẽ gây nên các ứng suất dư. đơn [1]). Trong mỗi pin nhiên liệu, màng điện ly là thành Cụ thể, khi màng điện ly hấp thụ nước, màng trương phồng phần quan trọng nhất, có độ dày rất nhỏ (10 m) và cũng sẽ dẫn đến sự hình thành của ứng suất nén. Ngược lại, khi dễ bị hư hại nhất. Hiện nay, màng điện ly kiểu màng co lại do mất nước, ứng suất kéo sẽ sinh ra. Các hư hại Perfluorosulfonic Acid (PFSA) được sử dụng phổ biến đặc trưng trên màng điện ly dưới tác động cơ học bao gồm trong các ứng dụng pin nhiên liệu dùng màng điện ly vì các vết nứt và sự phân lớp giữa màng điện ly và các lớp xúc tính ổn định hóa học cũng như đảm bảo độ bền cơ học. Có tác. Khi muốn nghiên cứu tác động cơ học lên ...