Pin nhiên liệu
hydrogen
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
MỤC LỤC
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình điện phân và thu hydro.
Hình 1.2: Sơ đồ chuyển hóa hydro trực tiếp từ ánh sáng mặt trời.
Hình 1.3: Sơ đồ tam giác năng lượng của nền kinh tế hydro sử dụng năng lượng mặt
trời.
Hình 1.4: Khái quát sơ đồ tạo ra hydro sinh học bằng chất thải hữu cơ và rác thải nông
nghiệp.
Hình 1.5: Sơ đồ sản sinh hydro từ tảo xanh.
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý của công nghệ sản xuất hydro từ chất hữu cơ như axit axetic
và xenlulô.
Hình 2.1 : Chiếc xe hơi sử dụng pin nhiên liệu hydro.
Hình 2.2 : Viễn cảnh năng lượng tương lai cho thế kỉ 21.
Hình 3.1: Ngọn lửa cháy của Hydrocacbon (mũi tên đỏ) và của Hydro (vòng xanh).
Hình 3.2: Thử nghiệm đám cháy xe chạy bằng Hydro (trái) và bằng xăng (phải).
Hình 3.3: Mô tả cấu tạo pin hydro.
Hình 3.4: Nguyên lý hoạt động của pin hydro.
Hình 3.5: Sơ đồ pin khi hoạt động.
Hình3.6: Các loại pin hydro.
Hinh 3.7: Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu kiềm.
Hình 3.8: a) Tàu Con Thoi của NASA (Hoa Kỳ) sử dụng pin nhiên liệu Alkali để cung
cấp năng lượng và nước uống trong không gian; b) Chiếc taxi chạy bằng pin nhiên liệu
đầu tiên của ZEVCO ở London, Anh.
Hình 3.9: Sơ đồ hoạt động của pin PAFC.
Hình 3.10: Hoạt động của pin PEMFC.
Hình 4.1: Các phương pháp vận chuyển hydro.
Hình 4.2: Mô hình vận chuyển và lưu kho nhiên liệu Hydrogen.

nguyên hữu hạn không thể được tái tạo, và nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch
còn làm cho một số nước không có nhiều tài nguyên sẽ bị phụ thuộc vào những nước
vốn có nguồn dầu dồi dào (dầu mỏ ở Trung Đông…), từ đó dẫn đến nhiều hệ lụy chính
trị và kinh tế khác, thậm chí cả những cuộc chiến tranh giành dầu mỏ.
5
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
Giữa bối cảnh đó, khái niệm về một nền kinh tế hydro dựa trên nguồn năng
lượng sạch, dồi dào phục vụ mục tiêu phát triển bền vững của nhân loại xuất hiện như
một giải pháp đầy hứa hẹn và tiềm năng. “Nền kinh tế hydro là một hệ thống lưu trữ,
phân phối và sử dụng năng lượng dựa trên nhiên liệu chính là hydro”. Thuật ngữ này
được tập đoàn General Motors đặt ra năm vào 1970. Nền kinh tế hydro hứa hẹn đẩy lùi
tất cả những vấn đề đáng lo ngại do nền kinh tế dựa trên nhiên liệu hóa thạch đã gây
ra.
Một cách tóm tắt, những lợi ích chính của nền kinh tế hydro là:
- Không gây ô nhiễm: khí hydro được sử dụng trong pin nhiên liệu, nó là một
công nghệ hoàn toàn sạch. Sản phẩm duy nhất sinh ra là nước, do đó sẽ không gây ra ô
nhiễm.
- Không thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính: quá trình điện phân nước tạo hydro
không hề tạo nên khí nhà kính nào. Đó là một quá trình lý tưởng và hoàn hảo: điện
phân nước để thu hydro, hydro lại tái kết hợp với oxy để tạo ra nước và cung cấp điện
năng trong pin nhiên liệu.
- Không phụ thuộc về kinh tế: không dùng dầu mỏ cũng có nghĩa là không phải
phụ thuộc vào các thùng dầu nhập khẩu từ nước ngoài. Nước có ở tất cả mọi nơi, là
nguồn năng lượng vô tận, chiếm đến 3/4 bề mặt trái đất.
- Hydro có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau: nhất là từ các nguồn
năng lượng tái sinh.
Như vậy, những lợi ích về mặt môi trường, kinh tế và xã hội của hydro là rất
đáng kể. Tất cả những thế mạnh đó đã tạo nên một bước đột phá mạnh mẽ hướng nhân
loại tiến đến nền kinh tế hydro.
1.2. Sản xuất hydrogen.

) được tách cacbon và
chuyển hóa thành H
2
nhờ hơi nước dạng hơi quá nhiệt dưới áp suất cao, xúc tác ở nhiệt
độ khoảng 900
o
C.
CH
4
+ H
2
O → CO + 3 H
2
CO sinh ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước chuyển hóa thành khí CO
2
và tạo ra thêm khí H
2
.
CO + H
2
O → CO
2
+ H
2
Đây là phương pháp công nghiệp phổ biến hiện nay để sản xuất hydrogen.
1.2.1.2. Khí hóa than đá.
Than đá được nghiền thành dạng bột rồi hòa trộn với nước. Phản ứng được tiến
hành ở khoảng 1400
o
C với O

hóa ở nhiệt độ cao có tạo ra hơi nước. Hơi nước chứa hydrogen được ngưng tụ và sau
đó có thể được hóa nhiệt để sinh ra H
2
. Quá trình này thường tạo ra sản lượng H
2
khoảng từ 12-17% trọng lượng hydrogen của sinh khối.
* Ưu điểm:
- Không sử dụng những nguồn nguyên liệu hóa thạch.
- Tận dụng được nguồn chất thải sinh học, rác thải… là những nguồn có thể coi
là vô tận.
* Nhược điểm:
Quá trình khí hóa ở nhiệt độ cao có thể sinh ra CO
2
và các khí gây ô nhiễm môi
trường.
1.2.2. Phân hủy nước.
Phương pháp này là phương pháp được tập trung khai thác nhiều nhất bởi vì nó
sử dụng nguồn năng lượng vô tận là nước.
Dựa trên bản chất quá trình phân hủy nước, có thể tóm tắt thành 2 phương pháp
để sản sinh H
2
như sau:
8
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
1.2.2.1. Điện phân nước.
Phương pháp này dùng dòng điện để tách nước thành khí H
2
và O
2
. Quá trình

ứng dụng rộng rãi là sử dụng năng lượng mặt trời (bằng các pin mặt trời, chất bán
dẫn…), thủy điện, năng lượng gió để tạo ra điện năng. Sau đó, dòng điện sẽ được cung
cấp để điện phân nước sản sinh H
2
.
Hình 1.1: Sơ đồ quá trình điện phân và thu hydro.
* Ưu điểm:
- Không gây ô nhiễm môi trường, không gây hiệu ứng nhà kính.
- Nguồn nguyên liệu vô tận (nước).
- Nguồn năng lượng tạo ra điện năng là vô tận, không sử dụng nguồn nhiên liệu
hóa thạch.
9
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
1.2.2.2. Phân hủy nước dưới ánh sáng mặt trời có xúc tác.
Đây là phương pháp sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng từ mặt trời, nhờ quá
trình tập trung năng lượng đến nhiệt độ cao để phân hủy nước có mặt của xúc tác, tạo
ra hydro.
Các nhà khoa học thuộc trường đại học Colorado (Mỹ) sử dụng hàng loạt các
tấm gương cầu để tập trung ánh sáng mặt trời vào một tháp nước cao hàng chục mét.
Tháp này sẽ được đốt nóng tới khoảng 1350
o
C, đủ nóng để giải phóng hydro với xúc
tác là một hợp chất oxit kim loại (Fe, Co, Al).
Hình 1.2: Sơ đồ chuyển hóa hydro trực tiếp từ ánh sáng mặt trời.
Đây là phương pháp được rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và phát
triển.
* Ưu điểm:
- Không gây ô nhiễm.
- Sử dụng nguồn năng lượng vô tận là mặt trời.
- H

Pin nhiên liệu hydrogen 2013
Hình 1.4: Khái quát sơ đồ tạo ra hydro sinh học bằng chất thải hữu cơ và rác thải nông nghiệp.
Một phương pháp khác được sử dụng để sản xuất hydro từ ánh sáng mặt trời là
sử dụng quá trình quang hợp của vi sinh vật để phân tách nước thành các ion hydro
(H+) và electron (điện tử). Các ion hydro sau đó kết hợp thành khí hydro và các vi sinh
vật được sử dụng gọi là hydrogenases. Tảo xanh có khả năng sử dụng năng lượng mặt
trời thông qua quá trình quang hợp để sản xuất hydro. Một nhóm các nhà nghiên cứu
tại Đại học Uppsala - Thụy Điển đã nghiên cứu chi tiết cách Photosystem II (một loại
enzym có thể sử dụng ánh sáng mặt trời để phân tách nước) hoạt động trong hai chủng
tảo xanh khác nhau bằng cách đo chính xác số lượng và tính năng của Photosystem II
thay đổi trong các điều kiện khác nhau và họ thấy rằng, phần lớn năng lượng được hấp
thụ bởi Photosystem II chuyển đổi vào quá trình sản xuất hydro. Hiệu suất của quá
trình chuyển hóa này là 80%.
Hình 1.5: Sơ đồ sản sinh hydro từ tảo xanh.
Các nhà khoa học tại Trường Đại học Penn State University (Mỹ) đã nghiên
cứu thành công việc tạo ra hydro từ các chất hữu cơ như axit axetic và xenlulô. Theo
12
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
đó, các nhà nghiên cứu đã nuôi vi khuẩn trong một buồng phản ứng yếm khí được thiết
kế đặc biệt: một lò phản ứng vi sinh được hỗ trợ bằng điện hóa sinh mà họ gọi là
BEAMR. Lò phản ứng này gồm có 2 ngăn: ngăn thứ nhất chứa cực dương hút các ion
âm làm bằng cực than chì, ngăn thứ hai có chứa cực âm làm bằng than có trộn thêm
bạch kim làm chất xúc tác để thu hút các ion dương. Một màng trao đổi ion được đặt
giữa để ngăn cách hai ngăn phản ứng trên. Sử dụng một dây điện kết nối 2 điện cực
trên với một nguồn điện nhỏ bên ngoài (khoảng 0.2V).
Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý của công nghệ sản xuất hydro từ chất hữu
cơ như axit axetic và xenlulô.
Các nhà khoa học sau đó đưa vào buồng phản ứng vi sinh một loạt chất gồm
axit axetic và xenlulô. Họ nhận thấy rằng, khi vi khuẩn được tiếp thức ăn, buồng phản
ứng sẽ giải phóng các hạt proton và các hạt electron. Các hạt electron nhanh chóng bị

như than đá đang thịnh hành thời bấy giờ vậy. Từ đó, một ý niệm đã được gợi mở,
thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học về một nguồn năng lượng lý tưởng, sạch
và gần như vô tận cho con người: nước và một thành phần của nó, hydrogen.
Ngày nay, điều tiên đoán năm xưa đang dần trở thành hiện thực khi nhiều
nước phát triển trên thế giới đã bắt đầu hoạch định mục tiêu hướng đến nền kinh tế
hydrogen (hydrogen economy) trong chiến lược năng lượng của mình.
2.1. Hydrogen – nguồn nhiên liệu mới.
Ngày nay, cộng đồng quốc tế đã nhận ra hydrogen là một thành phần chủ
chốt cho hệ thống năng lượng sạch và bền vững. Năng lượng hydrogen không còn
là ý tưởng mơ hồ hoặc viễn tưởng khoa học mà nó đang là hiện thực hóa.
Hydrogen là một nguyên tố hóa học trong hệ thống tuần hoàn các nguyên tố
với nguyên tử bằng 1. Ở trạng thái tự do và trong các điều kiện bình thường,
hydrogen không màu, không mùi và không vị, tỉ trọng bằng 1/14 tỉ trọng của
không khí. Hydrogen khi cháy trong không khí giới hạn từ 4-75% thể tích. Nhiệt
độ cháy của hydrogen cao nhất đạt được 2.318 °C ở nồng độ 29% thể tích, nếu
cháy trong ôxy nhiệt độ có thể lên đến 3.000 °C, cao nhất so với tất cả các loại
khí khác như khí Methane (CH4) đạt 2.148 °C, propane (C3H8) đạt 2.385 °C.
Với các đặc tính này, hydrogen sẽ là một nguồn nhiên liệu quan trọng trong
tương lai, phục vụ cho nhu cầu năng lượng của con người. Bởi hydrogen là một
loại nhiên liệu tái sinh, thân thiện với môi trường, không gây ô nhiễm, không phát
15
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
thải ra khí gây hiệu ứng nhà kính, hydrogen khi cháy rất “sạch” phản ứng cháy
của hydrogen chỉ tạo ra nước.
Hình 2.1 : Chiếc xe hơi sử dụng pin nhiên liệu hydro.
Hydrogen là nguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ, tạo nên khoảng 75% tổng
khối lượng vũ trụ và tới trên 90% tổng số nguyên tử. Trên trái đất, hydrogen phần
lớn ở dạng kết hợp với oxygen trong nước hay với carbon và các nguyên tố khác
trong vô số các hợp chất hữu cơ tạo nên cơ thể mọi loài động, thực vật. Người ta
có thể sản xuất hydrogen từ nhiều nguồn khác nhau như: hóa nhiệt nhiên liệu

Năm 2003 Tổng thống G.Bush đã công bố một chương trình được gọi là
“Sáng kiến nhiên liệu hydro” (Hydrogen Fuel Initiative) với quyết định giành 1,2
tỉ USD cho nghiên cứu và phát triển nhằm mục tiêu đến năm 2020 ôtô chạy bằng
pin nhiên liệu hydrogen phải triển khai thương mại hóa thành công vào thực tế.
Ở châu Á, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, Đài Loan… đều có chương
trình nghiên cứu phục vụ cho nền kinh tế hydrogen tương lai đã và đang thu được
kết quả rất khả quan. Còn ở Việt Nam, chưa có chương trình quốc gia trọng điểm
nào liên quan đến năng lượng hydrogen chuẩn bị cho thời kỳ “hậu hóa thạch”.
Xét trong chiến lược phát triển năng lượng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến
năm 2050 chủ yếu phát triển năng lượng như điện, than, dầu khí… Xu hướng lựa
chọn nguồn năng lượng hạt nhân để phát triển thành nguồn năng lượng chính.
Nên chăng ngay từ bây giờ các nhà hoạch định năng lượng quốc gia cũng cần lưu
ý đến nguồn năng lượng sạch hydrogen, có chính sách đầu tư nghiên cứu phát
triển nguồn nhiên liệu đầy triển vọng này.
17
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
2.3. Viễn cảnh nền kinh tế hydrogen.
Chúng ta đang đứng trên ngưỡng cửa của buổi giao thời trọng đại, chuyển tiếp
sang một thời kì năng lượng mới đa dạng hóa hơn. Cộng đồng quốc tế đã nhận ra
hydrogen là một thành phần chủ chốt cho một hệ thống năng lượng sạch và bền vững.
Hydrogen sẽ là chất mang năng lượng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ phát điện,
đến vận tải, công nghiệp, dân dụng và thương mại. Trong tương lai, khi công nghệ đã
hoàn thiện dần, hydrogen sẽ được sản xuất chủ yếu từ các công nghệ sạch như điện
phân từ các nguồn tái tạo, hay chuyển hóa nhiệt từ các nguyên liệu hóa thạch ban đầu
nhưng cùng với kỹ thuật thu hồi carbon. Hydrogen có thể được lưu trữ, chuyên chở
bằng các phương tiện vận tải hay trong các đường ống dẫn khí, và được sử dụng trong
pin nhiên liệu, động cơ, để tạo ra dòng điện mà không thải khí ô nhiễm và chỉ có nước
là sản phẩm phụ chủ yếu.
Hình 2.2 : Viễn cảnh năng lượng tương lai cho thế kỉ 21. Nền kinh tế hydrogen như là một hệ thống các
nguồn năng lượng liên kết với nhiều dạng ứng dụng phong phú thông qua hydrogen với vai trò chất mang

nên nó có thể có nhiều kiểu ứng dụng phong phú khác nhau, từ các ứng dụng di động
nhỏ như laptop - máy tính xách tay (50- 100 W) hay đến cả các trạm phát điện lớn với
công suất cả trăm MW (1-200 MW). Một khi những công nghệ pin nhiên liệu trở nên
hoàn thiện, chúng có thế được sản xuất và ứng dụng trực tiếp ngay trong các hộ gia
đình, các thiết bị văn phòng, công nghiệp. Mặc dù tiềm năng pin nhiên liệu có thể
phục vụ cho gần như mọi mặt của nền kinh tế, hiện tại, nó vẫn còn tương đối đắt đỏ
19
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
so với động cơ đốt trong thông thường. Pin nhiên liệu cần phát triển hơn nữa, nâng
cao độ bền và giảm giá thành để có thể ứng dụng rộng rãi trên thực tế.
Bước chuyển tiếp sang nền kinh tế hydrogen sẽ cần có thời gian và phải trải qua
nhiều giai đoạn. Các giai đoạn được xác định bởi những tiến bộ về công nghệ và sự
chấp nhận của thị trường. Thêm vào đó, việc giáo dục về an toàn hydrogen cũng cần
được nỗ lực xúc tiến để đảm bảo và thuyết phục cộng đồng sẵn sàng cho hydrogen
ngày càng trở nên phổ biến hơn. Nhà nước - chính phủ, công nghiệp và cộng đồng, tất
cả sẽ đóng những vai trò quan trọng quyết định.
Nhà nước sẽ là người hỗ trợ chính cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ,
cũng như trong việc phát triển các quy định luật pháp và tiêu chuẩn an toàn cho việc
sử dụng hydrogen. Nhà nước cũng có thể sử dụng chính sách kích thích thị trường và
khuyến khích các công nghệ năng lượng hydrogen. Vai trò của nền công nghiệp là xác
định khi nào các công nghệ đã sẵn sàng cho bước chuyển tiếp vào thị trường, và thiết
lập nên cơ sở sản xuất để cung cấp các thành phần của công nghệ. Công nghiệp cùng
với cộng đồng, sẽ xác định những đòi hỏi của người tiêu dùng và sự chấp nhận của thị
trường đối với các công nghệ này.
Bước chuyển tiếp sẽ đòi hỏi những nỗ lực đầu tư đáng kể ban đầu. Tuy nhiên,
kết quả đạt được sẽ là một nền kinh tế ổn định và bền vững, sử dụng những nguồn tài
nguyên tái tạo được sẵn có của địa phương để cung cấp nguồn điện năng và nhiên liệu
sạch đáp ứng cho các nhu cầu năng lượng của chúng ta.
2.4. Những khó khăn khi sử dụng nhiên liệu hydro.
2.4.1. Trở ngại trong quá trình sản xuất hydro.

Mặt trời vẫn trong giai đoạn nghiên cứu.
Để cạnh tranh được với động cơ đốt trong sử dụng xăng và nhiên liệu kép, giá
của hydro được ước đoán phải đạt đến $2-3/gge (chưa đánh thuế) tại nhà phân phối.
Mục cuối cùng cho tất cả các công nghệ sản xuất hydro đang được nghiên cứu là giá
21
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
của hydro sẽ có tính cạnh tranh về mặt vận tải trên cơ sở từ khi bắt đầu sản xuất đến
khi sử dụng bất chấp kể phương pháp sản xuất được sử dụng.
Người ta ước tính rằng vào năm 2040, thế giới hàng năm sẽ cần đến 150 triệu
tấn hydro. Để đáp ứng nhu cầu này chỉ từ khí thiên nhiên, cần đến khoảng 0,43 triệu
m
3
khí hàng năm và tiêu tốn khoảng 1 nghìn tỉ đô la. Nếu nhu cầu chỉ được đáp ứng
bởi năng lượng hạt nhân, sẽ cần đến 240000 tấn uranium chưa làm giàu và khoảng
2000 nhà máy năng lượng công suất 600 MW, tiêu tốn 840 tỉ đô la. Trong trường hợp
của năng lượng Mặt trời, sẽ cần đến 113 tỉ các hệ thống 40 kWh với 2500 kWh năng
lượng Mặt trời/m
2
, tiêu tốn 22 nghìn tỉ đô la. Trong trường hợp của năng lượng gió 1
triệu turbin gió công suất 2 MW và vận tốc gói trung bình cần có là 7 m/s, tiêu tốn 3
nghìn tỉ đô la. Trong trường hợp của năng lượng sinh khối, sẽ cần đến 1,5 tỉ tấn sinh
khối khô, tức là cần 113,4 mẫu vuông đất canh tác, và sau đó cần khoảng 3300 nhà
máy sản xuất hydro, tiêu tốn 565 tỉ đô la để xây dựng. Tương tự, viễn cảnh của than sẽ
cần 1 tỉ tấn than mỗi năm, khoảng 1000 nhà máy khí hóa/ steam reforming công suất
275 MW, tiêu tốn khoảng 500 tỉ đô la.
Theo một nghiên cứu của Ogden, giá phân phối của hydro thay khoảng $11-25/GJ
tùy thuộc công nghệ sử dụng. Bởi vì hydro có thể được sử dụng hiệu quả hơn xăng
trong các xe hơi chạy pin nhiên liệu, giá nhiên liệu tính cho mỗi kilomet là có thể so
sánh được. Giá của việc cung cấp hydro có thể được giảm thiểu nếu những nghiên cứu
và nổ lực hiện tại thành công.

Hydrogen khi bị đốt cháy sinh ra nhiệt và hơi nước. Do không có carbon,
hơn nữa hơi nước lại

là chất hấp thụ nhiệt nên hydrogen cháy tỏa nhiệt ít hơn
nhiều so với khi các hydrocarbon cháy

và đám cháy không lan đi, chỉ có
những vật trực tiếp bị đốt dưới ngọn lửa đó mới bị cháy nặng.

Những vật
khác ở gần ngọn lửa sẽ khó mà tự bắt cháy được. Vì thế mà mối nguy hiểm
về khói độc và việc cháy lan kéo dài đối với hydrogen đã được giảm đi đáng
kể. Điều này có ý nghĩa rất quan trọng trong vấn đề cứu hỏa.
Tỉ trọng thấp và khả năng khuếch tán nhanh cho phép hydrogen thoát
nhanh vào khí quyển

nếu như có sự rò rỉ xảy ra. Trong khi đó, propane và
xăng dầu, với tỉ trọng cao và khả năng

khuếch tán thấp, dễ tụ lại gần mặt
đất, làm gia tăng rủi ro cháy nổ. Hydrogen phải đạt đến nồng độ 4% trong
khí quyển mới gây nguy hiểm, khi đó khả năng bắt lửa của hydrogen sẽ
tăng lên nhanh. Mặc dù nồng độ 4% xem như không cao, nhưng nếu so
sánh với nồng độ cần đạt để bốc cháy của xăng dầu chỉ có 1%, hydrogen cho
thấy mức rủi ro cháy nổ thấp hơn đáng

kể.

23
Pin nhiên liệu hydrogen 2013

tạo thành dòng điện một chiều

. Vì việc chế tạo
các hệ thống pin nhiên liệu quá phức tạp và giá thành đắt, công nghệ này dừng
lại ở đấy cho đến thập niên 1950.
Thời gian này ngành du hành vũ trụ

và kỹ thuật quân sự cần dùng một
nguồn năng lượng nhỏ gọn và có năng suất cao. Các tàu du hành vũ trụ

và tàu
ngầm

cần dùng năng lượng điện

không thông qua động cơ đốt trong

. NASA

đã
quyết định dùng cách sản xuất điện trực tiếp bằng phương pháp hóa học thông
qua pin nhiên liệu trong các chương trình du hành vũ trụ

Gemini

và Apollo

. Các
pin nhiên liệu sử dụng trong chương trình Gemini được NASA


máy phát điện có công suất hằng 100 kW cho đến những ứng dụng bé nhỏ như
trong điện thoại di động

hoặc máy vi tính xách tay

.
24
Pin nhiên liệu hydrogen 2013
3.1.2 Khái niệm.
Pin nhiên liệu là một thiết bị có thể chuyển đổi trực tiếp hóa năng của
nhiên liệu thành điện năng nhờ vào các quá trình điện hóa. Nguồn nhiên liệu cơ
bản cần thiết cho pin vận hành gồm: hydro, methanol, ethanol… và chất oxy hóa
(thường là oxy từ không khí).
Trong pin nhiên liệu hoàn toàn không có sự cháy như trong động cơ đốt
trong, do đó pin nhiên liệu sinh ra lượng khí ít gây ô nhiễm môi trường Mặt khác,
nó không có sự chuyển hóa nhiệt thành cơ dùng nhiên liệu hóa thạch nên hiệu suất
của nó không bị giới hạn bởi hiệu suất nhiệt của chu trình Carnot, ngay cả khi vận
hành ở nhiệt độ tương đối thấp.
Tương tự như acquy, pin nhiên liệu cũng là một thiết bị tạo ra dòng điện thông
qua cơ chế phản ứng điện hóa. Tuy nhiên, điểm khác biệt là pin nhiên liệu có thể tạo
ra dòng điện liên tục khi cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho nó, trong khi đó, acquy cần
phải được nạp điện lại (sạc) từ một nguồn điện bên ngoài sau một thời gian sử dụng.
Như vậy, muốn tái sử dụng acquy, cần phải có một thời gian dài để nạp điện lại, trong
khi đối với pin nhiên liệu, chỉ cần cung cấp nhiên liệu là có thể có điện để sử dụng.
3.2.Nhiên liệu hydrogen.
3.2.1.Vai trò của hydro trong pin nhiên liệu.
Pin nhiên liệu PEM cần hydro để hoạt động. Hydro là phần tử phổ biến nhất
trong vũ trụ. Hydro là nhiên liệu tuyệt vời với nhiều lý do. Trước tiên, hydro có nội
dung năng lượng cao nhất, của tất cả nhiên liệu : khoảng hai lần rưỡi nhiều năng lượng
như khí thiên nhiên hoặc xăng mỗi đơn vị khối. Hơn nữa, hydro rất sạch ( không độc,