TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN: KỸ THUẬT HÓA LÝ DIRECT METHANOL FUEL CELLS GVHD: Nguyễn Trường Sơn Nhóm: Lê Thị Thanh Mai: 62102090 Lê Ngọc Thiên Trang: 61203954 Trần Thị Thanh Tuyền: 61204344 Giới thiệu tổng quan Màng điện phân polyme Một số ảnh hưởng I Giới thiệu pin nhiên liệu: 1.1 Khái niệm:  Các pin nhiên liệu biến đổi lượng hóa học nhiên liệu  Pin nhiên liệu hoạt động liên tục nhiên liệu (hiđrô) chất ôxi hóa (ôxy) đưa từ vào  Pin nhiên liệu loại thiết bị lượng giá thành cao 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu: 1.3 Phân loại pin nhiên liệu: Pin nhiên liệu dùng Metanol trực tiếp (DMFC):  Metanol: + Tồn trạng thái lỏng nhiệt độ thường, điều chế từ dầu mỏ hay than đá + Nhiệt độ sôi mêtanol thấp  DMFC: nhỏ gọn, sạc lại, dễ sử dụng, thích hợp cho thiết bị di động… giá thành cao, hiệu suất thấp 2.1 Cấu tạo DMFC: • • • • • Catot Anot Lớp màng trao đổi proton Lớp xúc tác Lớp khuếch tán II Màng điện phân polymer cho DMFC:  Nafion trộn thêm với polymer khác  Giảm tượng methanol crossover, cải thiên tính dẫn điện proton; nâng cao tính xúc tác hạt kim loại…  Polymerization 1-methylpyrrole Nafion giảm thấm methanol xuống 50% Non-Fluorinated Ionomers Polyethersulfones (PES)  Có đặt tính nhiệt tốt, trình oxy hóa chống thủy phân axit dễ dàng làm phim  Tính dẫn điện 0.11-0.17 S/cm 30oC  Hỗn hợp PES SPSf có mật độ lượng 0.25 W/cm2 110OC Polybenzimidazole (PBI) o Tại T >100 C có ưu điểm so Nafion:  Độ dẫn proton cao  Hoạt động nhiệt độ cao khí ẩm  Giảm MCO  Chi phí thấp 10 Polyimides  Cấu trúc liên mạng, kiểm soát độ thấm methanol  Bền nhiệt học cao, có khả chống ăn mòn  So với Nafion: Hấp thu lần Kích thước nhỏ (16nm, 23nm)  Polyphosphazenes • Sự ổn định mặt hóa học nhiệt giúp cải thiện trao đổi nước methanol • o Độ dẫn điện tốt (ở 65 C_ 0.082 S/cm) • Giảm MCO bốn mươi lần so với Nafion 11 Poly (acrylic acid) PAA  Giảm tương thấm methanol dẫn proton  Tại nhiệt độ phòng: Độ thấm 6.49x10^-8 cm2/s Độ dẫn điện 2.66x10^-3 S/cm Poly (ether ether) ketone (PEEK)  Làm giảm tượng MCO  Khi mức sulfonation 54% cho hiệu suất cao Nafion-115 65 85OC dù giảm độ dày độ dẫn điện thấp (0.0070 S/cm 80OC) 12 Màng đa lớp • Yang Manthiram báo cáo lớp mỏng sulfonate poly (etheretherketone) (SPEEK) kết hợp với lớp Nafion giảm MCO 37 lần so với Nafion màng đơn • Kreuer đồng nghiệp Nafion PVDF pha trộn với kết PEM giảm methanol thấm so với Nafion Tuy nhiên, methanol liên kế ngang thấp tính kỵ nước PVDF.Khoảng 30 wt% thêm PVDF để Nafion giảm độ dẫn yếu tố từ 0,11 đến 0,66 mS / cm 60 C sử dụng màng có độ dày 10 mm 13 Một số ảnh hưởng: 3.1 Chất xúc tác oxy hóa metanol  Platinum từ lâu công nhận kim loại tuyệt vời cho trình oxy hóa methanol khả hoạt hóa liên kết C-H chúng  Nguyên tắc nghiên cứu methanol phân hủy Pt nghiên cứu tế bào nửa hỗ trợ giới hạn tốc độ methanol ban đầu cắt OH phản ứng, với tác động bắt buộc mạnh CO Đối với điện cực bạch kim tinh khiết, trình oxy hóa methanol không xảy 0,4V cần phải nâng cao đáng kể  Platinum kim loại tương đối đắt tiền, giảm tải rào cản quan trọng mà DMFC phải vượt qua để nhập vào thị trường thương mại  Hỗn hợp lưỡng phân tử Pt - Ru sử dụng việc cải thiện hiệu suất DMFC anode coi hầu hết chất xúc tác hoạt động trình oxy hóa methanol 14 3.2 Chất xúc tác oxy hóa metanol  Điều tra ban đầu xác định tỷ lệ tối ưu Pt-Ru xác định cách đo CO bảo vệ Điều dường quan trọng nguyên tử bề mặt Pt cần thiết cho việc khai thác H2  Thông thường, chất xúc tác không hỗ trợ cần thiết để đạt tăng mật độ lượng Các nghiên cứu chất mang cực thấp cho thấy tổn thất điện mật độ 35% Pt tải giảm 20 lần cho hệ thống Ru- Pt không hỗ trợ, mật độ 150 mW / 2 cm điện đạt 130 C sử dụng 0,1 mg / cm chất xúc tác PT-Ru làm chất xúc tác trình sol gel cho thấy triển vọng lớn, tạo hạt nhỏ 10 nm với mật độ đỉnh cao 140 mW / cm 90 C M methanol  Các nghiên cứu điện cực Pt-Sn cho thấy hoạt động so sánh với Pt-Ru lớn tìm thấy nhiệt độ vượt 140 C Cơ chế trình oxy hóa methanol Pt-Sn nghịch lý, Sn không hoạt động để oxy hóa methanol, nhiên lại hoạt động hoạt động để oxy hóa cho CO 15 3.3 Các chất xúc tác giảm oxy  Đối với hầu hết chất xúc tác DMFC tương tự sử dụng cho H 2-PEMFCs Các phản ứng khử oxy (ORR) tiến hành hai đường khác nhau, trình oxy hóa 4-electron trực tiếp chiếm ưu chất xúc tác DMFC  Một vài nghiên cứu báo cáo giảm oxy đồng thời trình oxy hóa methanol điện cực Pt để xác định rõ tác động MCO điện cực DMFC Hai phản ứng hiển thị để xảy đồng thời, thay đổi chế giảm O Methanol có tác dụng giảm đáng kể O2 ức chế chất trung gian bề mặt loại ngộ độc 16 DMFC phát triển cho thiết bị di động  Los Alamos National Labs, kết hợp với Motorola, phát triển cho điện thoại di động sử dụng nhiên liệu gốm với kênh truyền hình vi lỏng cho phân phối hiệu methanol nước loại bỏ CO2  Toshiba phát triển nguyên mẫu có triển vọng DMFC ngăn xếp cho máy tính xách tay Pin có công suất bình quân 12 W sử dụng liên tục với hộp lưu trữ 50ml 17 Cảm ơn Thầy bạn lắng nghe! 18 [...]... Pt-Sn là nghịch lý, Sn là không hoạt động để oxy hóa methanol, tuy nhiên nó lại hoạt động hoạt động để oxy hóa cho CO 15 3.3 Các chất xúc tác giảm oxy  Đối với hầu hết các chất xúc tác DMFC tương tự như sử dụng cho H 2-PEMFCs Các phản ứng khử oxy (ORR) có thể tiến hành bằng hai con đường khác nhau, mặc dù quá trình oxy hóa 4-electron trực tiếp chiếm ưu thế trên các chất xúc tác DMFC  Một vài nghiên cứu... Los Alamos National Labs, kết hợp với Motorola, cũng phát triển cho điện thoại di động sử dụng các tấm nhiên liệu gốm với các kênh truyền hình vi lỏng cho phân phối hiệu quả của methanol và nước và loại bỏ CO2  Toshiba đã phát triển một nguyên mẫu có triển vọng DMFC ngăn xếp cho một máy tính xách tay Pin có một công suất bình quân 12 W và có thể được sử dụng liên tục trong 5 giờ với một hộp lưu trữ 50ml... lớp ngoài của Nafion có thể giảm MCO bằng 37 lần so với một Nafion màng đơn • Kreuer và đồng nghiệp đã chỉ ra rằng Nafion PVDF có thể được pha trộn với kết quả PEM giảm methanol thấm so với Nafion Tuy nhiên, methanol liên kế ngang là thấp hơn do tính kỵ nước của PVDF.Khoảng 30 0 wt% thêm PVDF để Nafion giảm độ dẫn bởi một yếu tố từ 0,11 đến 0,66 mS / cm ở 60 C sử dụng màng có độ dày 10 mm 13 3 Một số