Thông tin tài liệu
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
1
L
ỜI NÓI ĐẦU
Hi
ện nay, tất cả các nước trên thế giới, từ các nước tiên tiến đến các nước
đang phát tri
ển và chậm phát triển đang rất quan tâm đến vấn đề ô nhiễm không khí
và s
ự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống.Tình hình nguồn nhiên liệu dầu mỏ
hi
ện
nay không
ổn định, giá dầu thường thay đổi lớn theo những b
i
ến động chính trị,
khó d
ự báo. K
hí th
ải của động cơ đốt trong chính là các tác nhân chủ yếu gây nên ô
nhi
ễm không khí.
Các tác h
ại của các chất ô nhiễm trong khí xả động cơ đốt trong có thể
làm cho cơ th
ể bị thiếu Oxy, nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn, gây viêm, ho, khó thở
và làm h
ủy hoại các tế bào cơ quan hô hấp, gây ra căn bệnh ung thư máu, gây rối
lo
ạn hệ thần kinh, gây ra các bệnh về gan và làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ….
Ngoài ra khí thải động c
ơ c
òn làm thay đổi nhiệt độ khí quyển và ảnh hưởng đến
môi trư
ờng sinh thái.
Hi
ện nay giải pháp xử lý ô nhiễm môi tr
ường có hai cách: Xử lý ô nhiễm
v
ới các động c
ơ đang sử dụng và tìm kiếm sử dụng các nguồn năng lượng sạch
.
Trong đó có năng lư
ợn
g đi
ện v
à sử dụng pin nhiên liệu cho vận hành ô tô , làm giảm
khí th
ải của động c
ơ đốt trong , giảm gây ô
nhi
ểm môi tr
ường
và gi
ảm
gây tác h
ại
đến sức khoẻ con người.
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ơ
NSVTH : NHĨM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
2
L
ỜI CẢM
ƠN
Chân thành cảm ơn Thầy VÕ
ĐẮC THỊNH đã
tận tâm giảng dạy , chỉ bảo
và giới thiệu nhiều tài liệu về môn học Ơ TƠ SỬ DỤNG NĂNG L
ƯỢNG MỚI
.
Trong thời gian học tập thực hiện các tiểu luận , Chúng em đã đúc k
ết
được
nhiều kinh nghiệm và kiến thức bổ ích. Việc thu thập các bài viết trong sách , trên
m
ạng hay các
tiểu luận giúp cho Chúng em có điều kiện tiếp xúc với những
phương pháp hay những cơng nghệ tiên tiến , trong vi
ệc sử dụng năng l
ượng mới
cho nghành cơng nghi
ệp ơtơ
, đ
ảm bảo khơng gây ơ nhiểm cho mơi trường , tiệ
n ích
cho cuộc sống. Nhờ đó làm nâng cao hơn nữa kiến thức và khả năng chuyên môn
cho bản thân .
Với khả năng ban đầu này Chúng em hy vọng sẽ ứng dụng và phát huy
được những kiến thức từ môn học vận dụng vào trong học tập tại nhà trư
ờng
và
trang bị th
êm ki
ến thức khi ra tr
ường đ
ể l
àm việ
c .
Kính chúc Thầy VÕ ĐẮC THỊNH luôn mạnh khỏe để đào tạo ra nhiều cử
nhân , hay k
ỹ sư tương lai
cho nước nhà. Chúng em chân thành c
ảm
ơn Th
ầy .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
3
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VI
ÊN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
……………………………
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
4
TRANG M
ỤC LỤC
I. Năng lư
ợng điện v
à pin năng lượng :
trang 5-11
1. Đ
ịnh nghĩa pin
năng lư
ợng
: trang 5
2. Pin nhiên liệu ( FUEL CELL (FC) ) : trang 5
a. Sơ đồ cấu tạo pin nhi
ên liệu ( FC ) :
b. Ưu điểm và nhược điểm của FC :
c. Các hệ thống của FC :
d. Khả năng thải nhiệt và thu hồi nhiệt trong pin nhiên liệu :
e. Cấu tạo ô tô FC :
f. Sản xuất Hydro :
II. L
ịch sử phát triển của pin nhiên liệu :
trang 11
III. Đặc điểm c
ủa pin nhi
ên liệu :
trang 12-19
1. Đ
ộ tin cậ
y và hi
ệu suất cao :
2. Đ
ặc tính về môi trường và bảng so sánh với xe sử dụng nhiên liệu thường
a. Đ
ặc tính về môi tr
ường :
b. So sánh xe s
ử dụng pin nhiên liệu với các xe sử dụng nhiên liệu thường:
3. Pin nhiên li
ệu như một bộ chuyển hóa năng lượng
:
4. Ưu và như
ợc điểm của pin nhi
ên liệu :
5. Phân loại pin nhiên liệu :
6. Ti
ềm năng của pin nhiên liệu :
7. S
ử dụng cho ôtô điện:
IV. ph
ần đề nghị
trang 20
V. Danh m
ục t
ài liệu tham khảo
trang 21
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
5
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN
I.Năng lư
ợng điện và pin năng lượng
:
1. Định nghĩa pin năng lư
ợng
:
Pin nhiên li
ệu là một pin tạo ra dòng điện trực tiếp từ một phản ứng hoá học.
Gi
ống như một ắcquy, nhưng khác nhau ở chỗ là pin nhiên liệu được thiết kế sao
cho ch
ất p
h
ản ứng được cung cấp liên tục cho đến hết , nó tạo ra điện từ nguồn nhiên
li
ệu cung cấp bên ngoài và oxy ngược lại khả năng tích trữ năng lượng bên trong
gi
ới hạn của ắcquy. Hơn nữa, trong khi điện tích bên trong ắcquy phản ứng và thay
đ
ổi nh
ư là một ắcqu
y tích ho
ặc phóng điện, điện tích của pin nhi
ên liệu thì xúc tác
và tương đ
ối ổn định .
2.Pin nhiên liệu ( FUEL CELL FC )
a. Sơ đồ cấu tạo pin nhi
ên li
ệu ( FC )
:
FC là một thiết bị dùng Hydro ( hay các nhiên liệu giàu Hydro ) và Oxy để tạo
ra điện bằng một quá trình
đi
ện hóa .
Các loại FC : Màng ngăn chuyển đổi Proton, axitPhotphoric , Metanol trực
tiếp , kiềm , muối Cacbonate nóng chảy , oxit kim loại .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
6
Hình 5.1: Sơ đồ cấu tạo FC kiềm.
Hình 5.2: S
ơ đ
ồ FC màng ngăn chuyển đổi Proton.
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
7
FC màng ngăn chuyển đổi Proton và axit Photphoric, các proton di chuyển
trong chất điện phân đến cực âm để kết hợp với Oxy và các electron để sinh
ra nước .
FC kiềm , muối Cacbonat nóng chảy và Oxit kim loại các ion âm di chuyển
trong chất điện phân sang cực dương (anode) , tại đó chúng kết hợp với
Hydro để tạo thành nước và các electron .
Lượng điện thu được từ FC phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : Loại FC , kích
cỡ pin , nhiệt độ hoạt động và áp suất không khí được cung cấp vào pin . Các
FC riêng rẽ được ghép nối tiếp với nhau tạo thành cụm FC .
b. Ưu điểm và nhược điểm của FC :
Ưu điểm của FC :
Hiệu suất cao .
Dường như không có ô nhiễm môi trường .
Động cơ điện sử dụng FC có hiệu suất cao, không có tiếng ồn, có đường đặt
tính tốt hơn so với động cơ đốt trong, ít bảo trì, bảo dưỡng, dễ sửa chữa .
Hydro có thể được điều chế từ nước .
So với bình
đi
ện (ắcquy) thì pin nhiên có khối lượng và thể tích nhỏ hơn .
Nhược điểm FC :
Chi phí đầu tư ban đầu cho ô tô FC rất cao .
Hydro không tồn tại ở trạng thái đơn chất , điều chế, sản xuất Hydro rất khó
khăn và tốn kém đôi khi nó dẫn đến ô nhiễm môi trường .
Yêu cầu kỹ thuật bình chứa nhiên liệu rất khắt khe .
Cơ sở hạ tầng cho Hydro chưa có , thói quen sử dụng Hydro còn hạn chế .
c. Các hệ thống của FC :
Bộ xử lý nhiên liệu .
Thiết bị biến đổi năng lượng (FC hay cụm FC) .
Máy biến đổi dòng điện .
Hệ thống thu hồi nhiệt .
Các hệ thống phụ để xử lý độ ẩm , nhiệt độ , áp suất khí và nước thải của FC .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
8
Hình 5.3: Sơ đồ cấu tạo hệ thống FC.
d. Khả năng thải nhiệt và thu hồi nhiệt trong pin nhiên liệu :
Hiệu suất hệ thống FC hoạt động ở công suất cực đại là khoảng 40%. Do đó
đối với một hệ thống FC ta có sự cân bằng năng lượng giữa các phần gần đúng
như sau : Công suất / làm mát / khí thải = 40 / 50 / 10% .
Nhiệt độ chất làm mát của FC đặc biệt thấp , khoảng 800C .
Vấn đề đặt ra là nâng cao hiệu quả giải nhiệt và giải phàp thu hồi năng lượng
nhiệt này, nâng cao công suất mạng điện ra . Một trong các giải pháp là tăng kích
thước bộ tản nhiệt, tăng kích thước của cụm FC .
e. Cấu tạo ô tô FC :
Gồm các thành phần như sau :
Một bộ xử lý nhiên liệu .
Cụm FC và một máy nén khí để cung cấp Oxy nén áp suất cao đến cụm FC .
Một hệ thống làm mát .
Hệ thống quản lý n
ư
ớc để quản lý độ ẩm và hơi nước trong hệ thống FC .
Bộ chuyển đổi DC / DC , DC / AC .
Động cơ điện xoay chiều AC, bộ truyền lực .
Bình ắcquy và một tụ điện hỗ trợ được nối chung qua hệ thống FC để cung ấp
năng lượng bổ sung và cũng dùng để khởi động .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
9
FC không vận hành bằng Hydro thì gắn thêm thùng xăng hay Methanol lên ô
tô
.
Hình 5.4: Sơ đồ cấu tạo một hệ thống ô tô FC .
d. Sản xuất Hydro :
Chuyển đổi hơi :
Các nhiên liệu chứa Hydro phân hủy trong hơi nước dưới chất xúc tác là Nicken
để tạo ra hỗn hợp Hydro và CO .
CnHm + nH2O + Q(Nhiệt) → nCO + (n + m/2)H2 .
Chuyển đổi Oxy hóa từng phần :
Phản ứng nghèo của Oxy (trong không khí) với nhiên liệu để tạo ra Hydro va CO.
CnHm + n/2O2 → nCO + m/2H2 + Q (Nhiệt) .
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
10
Chuyển đổi nhiệt tự động :
Nhiên liệu, hơi nước và Oxy (trong không khí) được cấp thông qua hỗn hợp chất
đệm xúc tác cho cả hai phản ứng Oxy hóa từng phần và chuyển đổi hơi, loại bỏ bộ
cháy hoặc nguồn nhiệt bên ngoài cần thiết .
CnHm + n/2O2 → nCO + m/2H2 + Q (Nhiệt)
CnHm + nH2O + Q(Nhiệt) → nCO + (n + m/2)H2
Chuyển đổi phân ly nhiệt :
Sử dụng nhiệt để phá hủy nhiên liệu , sinh ra Hydro v à và Cacbon rắn .
CnHm + Q(Nhiệt) → nC + m/2H2
Điện phân nước :
Hình5.5: Sơ đồ quá trình
đi
ện phân điển hình .
[...]... ắcquy, năng lượng hóa năng được lưu trữ trong vật chất nằm bên trong pin Khi năng lượng này được chuyển đổi sang năng lượng điện, pin điện bỏ đi NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ ĐẮC THỊNH 15 NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô sau khi dùng (primary batteries) hoặc sạc ở chế độ thích hợp Trong pin nhiên liệu, năng lượng hóa năng được cung cấp bởi nhiên liệu và chất oxy-hóa được lưu trữ bên trong pin, ... như một bộ chuyển hóa năng lượng : Pin nhiên liệu là một pin điện hóa Pin có thể chuyển đổi liên tục năng lượng hóa năng của nhiên liệu và chất oxy-hóa thành năng lượng điện thông qua quá trình cơ bản gồm hệ thống điện cực - chất điện phân Pin nhiên liệu hoạt động ở một hiệu suất cao với mức phát thải rất thấp đối với hầu hết các mức chuẩn Pin nhiên liệu có đặc điểm của một module và vì thế có thể gắn... thị, tiết kiệm năng lượng thu được bằng cách t hay thế xe thường bởi xe điện là: Năng lượng tiết kiệm[kWh / năm Tiết kiệm năng lượng chuyển thành khối / xe] lượng nhiên liệu [lít / năm / xe] Ôtô 4210 Xe van 6380 Xe tải nhỏ 9100 438 709 846 Bảng 2: Năng lượng và tiết kiệm nhiên liệu do xe điện NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ ĐẮC THỊNH 14 NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô 3 Pin nhiên liệu như một... Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC) và pin nhiên liệu dạng màng (PEFC) được phá t triển vào thập niên 1990, trong đó pin PEFC có công suất rất cao NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ ĐẮC THỊNH 11 NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô III Đặc điểm của pin nhiên liệu : Pin nhiên liệu có các đặc điểm tốt về hiệu suất, độ tin cậy, tính kinh tế, tích sạch cho môi trường và tiềm năng phát triển cho tương lai Pin. .. Ô NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU Hình5 6: Sơ đồ trạm sản xuất và cung cấp Hydro tại II Lịch sử phát triển của pin nhiên liệu : William Robert Grove (1811 – 1896), một luật gia – nhà vật lý người Anh đã tạo ra pin nhiên liệu đầu tiên vào năm 1839 Vào năm 1900 các nghiên cứu đã chuyển trực tiếp năng lượng hoá học của các dạng năng lượng hoá thạch sang điện năng, tiêu biểu là hệ thống pin nhiên liệu. .. thân nhiên liệu thành điện năng và nhiệt Hiện tại thiết kế của pin nhiên liệu dạng axit phosphoric (PAFC) có hiệu suất chuyển đổi điện là 42%, và gần đây với hiệu suất chuyển đổi điện có thể tăng đến 46% Viện nghiên cứu năng lượng điện đánh giá rằng tiến bộ trong pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy có thể đạt được hiệu suất điện hơn 60% và còn có thể tăng lên nữa Hơn nữa, hiệu suất của pin nhiên liệu. .. nhà máy phát điện Có thể hydro sẽ có mặt ở hệ thống năng lượng chính của thế kỷ 21, cũng như là nhiều kỹ thuật học đã vạch ra, sau đó pin nhiên liệu sẽ là đặc điểm không thể tranh cải trong tất cả các bộ chuyển đổi năng lượng nào khác Chuyển đổi năng lương nhiệt Hóa năng của nhiên liệu Chuyển đổi năng lượng cơ Chuyển đổi năng lượng điện Hình: Bộ chuyển đổi năng lượng trực tiếp với pin nhiên liệu so sánh... 13 LỚP 08LT - Ô NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU b So sánh xe sử dụng pin nhiên liệu với các xe sử dụng nhiên liệu thường: Xe thường Nhiên liệu tiêu hao Điện tương đương Ôtô Xe điện Điện năng tiêu thụ 8,5 lít xăng Xe tải nhỏ 488 Wh / km 12 lít xăng Xe van 909 Wh / km 1.283 Wh / km 600 Wh / km 16 lít dầu diesel 1.910 Wh / km 1.000 Wh / km Bảng 1: Trung bình tiêu thụ xe thường và xe điện Những con... thống pin nhiên liệu loại màng khoảng 1000 đến 20.000 $ trên một đơn vị KW ) 5 Phân loại pin nhiên liệu : Dựa vào đặc điểm của chúng ta có thể phân thành các loại sau: Pin trực tiếp Pin gián tiếp Pin nhiên liệu tái tạo Ở pin nhiên liệu kiểu trực tiếp, sản phẩm phản ứng của pin được thải ra, trong khi ở pin nhiên liệu tái tạo, chất phản ứng đã dùng rồi được tái sinh từ kết quả của của một vài phương... ĐẮC THỊNH 12 NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô 2 Đặc tính về môi trường và bảng so sánh với xe sử dụng nhiên liệu thường a Đặc tính về môi trường : Sự thay thế của pin nhiên liệu cho nhà máy năng lượng thường sẽ cải thiện được chất lượng của không khí Sự phát thải của nhà máy pin nhiên liệu thấp hơn 10 lần so với các qui định nghiêm ngặt về môi trường Pin nhiên liệu cũng sản sinh ra mức CO2 . 21
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU LỚP 08LT - Ô
NSVTH : NHÓM 5 GVHD : VÕ
ĐẮC THỊNH
5
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN
I .Năng lư
ợng điện và pin năng lượng
:
1. Định nghĩa pin. năng lượng
hóa năng của nhiên liệu và chất oxy-hóa thành năng lượng điện thông qua quá trình
cơ bản gồm hệ thống điện cực - chất điện phân. Pin nhiên liệu
Ngày đăng: 19/03/2014, 04:20
Xem thêm: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU doc, NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ PIN NHIÊN LIỆU doc