Nghiên cứu và chế tạo Pin nhiên liệu sử dụng màng AEM

  • BTC Cuộc thi
  • 04-11-2020
  • 548 lượt đọc
Cuộc thi sáng tạo Thanh thiếu niên - Nhi đồng

Đề tài đạt giải Nhất tại Cuộc thi sáng tạo Thanh thiếu niên, Nhi đồng tỉnh Thừa Thiên Huế lần thứ XIII, năm 2020.Nhóm tác giả: Hồ Hữu Tường, Lê Đình Ngọc BáchĐơn vị: Trường THPT Chuyên Quốc Học

     Ý tưởng xuất phát của đề tài

     Ngày nay nhu cầu sử dụng năng lượng của con người ngày càng cao trong khi các nguồn năng lượng hóa thạch trên Trái Đất ngày càng cạn dần. Vì vậy, thế giới hiện nay dần chuyển sang xu hướng sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như: Mặt Trời, Gió, Thủy Triều, Hydro,…. Đồng thời, ô nhiễm môi trường là vấn đề nhức nhối của toàn xã hội đang được dư luận đặc biệt quan tâm, và khí thải từ phương tiện giao thông là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây nên ô nhiễm môi trường.

     Đề tài “Nghiên cứu và chế tạo pin nhiên liệu sử dụng màng AEM” nhằm đặt ra và thực hiện việc thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch hiện tại bằng nguồn năng lượng sạch, tái tạo được giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường.

     Pin nhiên liệu là thiết bị điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng (thường là khí Hydro, methanol, ethanol, và chất oxi hóa như Oxi,…) thành điện năng. Về cơ bản pin nhiên liệu có những thành phần và đặc điểm giống ắcquy nhưng có rất nhiều điểm khác pin thông thường là thiết bị tồn trữ năng lượng và sẽ ngừng hoạt động khi các chất hóa học được tiêu thụ hết cần phải nạp điện lại từ nguồn cung cấp điện bên ngoài, ngược lại pin nhiên liệu thì không tích trữ nhiên liệu bên trong, dòng điện trong pin được tạo ra liên tục khi có nguồn nhiên liệu bên ngoài được cung cấp trực tiếp và liên tục. So với các loại pin cổ điển, pin nhiên liệu sinh ra chất thải gây ô nhiễm môi trường rất thấp hoặc không gây ô nhiễm và lượng nước sinh ra sau phản ứng là nước sạch có thể dùng uống được.

     Tính mới và tính sáng tạo

  • Chưa có nhiều công trình nghiên cứu về năng lượng Hidrogen và ứng dụng của nó ở Việt Nam và một số nơi trên thế giới
  • Pin nhiên liệu lưu trữ năng lượng và tạo ra điện từ quá trình biến đổi hóa năng thành điện năng với hiệu suất cao hơn so với động cơ đốt trong trong việc sử dụng năng lượng hidro
  • Đã ứng dụng mô hình thực tiễn pin nhiên liệu hidro vào việc lưu trữ năng lượng để vận hành các thiết bị điện tử, động cơ,…
  • Nghiên cứu màng AEM (Anion Exchange Membrane) thay thế cho màng PEM (Proton Exchange Membrane) với giá thành rẻ.

     Ưu điểm và nhược điểm

     Ưu điểm:

  • Hiệu suất cao: Các pin nhiên liệu thường có hiệu suất cao hơn so với động cơ nhiệt
  • Đơn giản: Do chuyển đổi trực tiếp năng lượng từ nhiên liệu nên pin có cấu tạo rất đơn giản.
  • Yên lặng và nhẹ: Không gây tiếng ồn khi hoạt động, hoàn toàn yên lặng trong quá trình vận hành.
  • Thời gian nạp nhiên liệu nhanh: Chỉ cần nạp trực tiếp nhiên liệu vào bình là sử dụng được ngay. Khác với pin truyền thống phải nạp điện trong thời gian dài mới dùng được.
  • Thuận tiện: Có thể đặt nhà máy cấp điện dùng pin nhiên liệu ở một địa phương bất kỳ mà không làm thay đổi kiến trúc và phá hủy các công trình sẵn có, không phá hoại môi trường.
  • Nhiệt độ vận hành khác nhau của tế bào nhiên liệu cho phép dùng cùng với turbine hay những áp dụng hơi nước nóng
  • Các tế bào nhiên liệu không cần động cơ quay hay các bộ phận cơ học chuyển động, do đó tăng tuổi thọ và độ tin cậy.
  • Cung cấp nước sạch

     Nhược điểm:

  • Giá thành hơi cao so với một số pin hiện nay.
  • Mức độ an toàn: Hệ thống tồn trữ, cung cấp nhiên liệu chưa thật đơn giản và an toàn, nhất là nhiên liệu hydro rất dễ gây ra cháy nổ.
  • Nhiệt độ làm việc: Một số loại pin nhiên liệu hoạt động ở nhiệt độ khá cao

     Ứng dụng và phạm vi ứng dụng

Công suất của PEMFC

Các ứng dụng

< 10 W

Các thiết bị di động, nhỏ, điện thoại di động

10 W – 100 W

Các thiết bị có thể di động được như các thiết bị quân sự, pin dự phòng, nguồn điện cho chiếu sáng …

100 W- 1 kW

Các phương tiện giao thông nhỏ như xe đạp, xe lăn…các nguồn dự phòng cho máy tính, cho thông tin liên lạc…

1 kW- 10 kW

Các phương tiện giao thông như xe máy điện, ôtô điện, các máy công cụ, tàu thuyền nhỏ, các nguồn điện dự phòng cho hệ thống máy chủ, thang máy …

10 kW-100 kW

Các xe lớn như xe bus, tàu thuyền, các trạm phát nhỏ

100 W-1 MW

Các xe vận tải lớn, tàu biển, trạm phát điện tầm trung

> 1 MW

Trạm phát điện cỡ lớn

     Hiệu quả kinh tế, xã hội:

     Hiện nay, rào cản lớn nhất đối với việc nghiên cứu và sử dụng pin nhiên liệu đó chính là chi phí liên quan, Hiện tại chi phí của các hệ thống pin nhiên liệu lớn hơn so với các sản phẩm tương tự đã có sẵn trên trên thị trường, chủ yếu do quy mô nhỏ và thiếu quy mô kinh tế.

     Tuy nhiên, khi ứng dụng pin nhiên liệu tăng lên và cải thiện phương pháp lưu trữ và xử lý nhiên liệu được phát triển, dự kiến chi phí liên quan đến hệ thống pin nhiên liệu sẽ giảm đáng kể trong tương lai. Các lĩnh vực quan trọng được xác định để nghiên cứu them liên quan đến việc lưu trữ khí Hydro, sự tích hợp của pin nhiên liệu với các nguồn năng lượng tái tạo, mô hình hóa và Phương pháp để tối ưu hóa hệ thống và thiết kế.

     Sử dụng pin nhiên liệu để cung cấp năng lượng cho các trạm cố định và di động có thể mang lại những lợi thế đáng kể cho việc chuyển đổi năng lượng bền vững. Lợi ích của việc sử dụng pin nhiên liệu là hiệu suất cao, kinh tế, có khả năng phát triển trong tương lai. Bằng cách tích hợp sử dụng pin nhiên liệu, kết hợp với các phương pháp sản xuất và dự trữ nănglượng tái tạo, các yêu cầu năng lượng bền vững có thể được thực hiện.

     Việc sử dụng các loại năng lượng đặc biệt là điện năng vô cùng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta, và để hướng tới sự phát triển một xã hội bền vững, chúng ta cần tiếp tục áp dụng các phương pháp sản xuất, dự trữ và chuyển đổi năng lượng xanh, sạch thân thiện với môi trường.




CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM