Hydrogen & Pin nhiên liệu (Các loại pin nhiên liệu-P2) f) DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) – pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp Dù công nghệ vẫn mới chỉ chập chững ở những bước ban đầu nhưng đã thể hiện được một số thành công trong những ứng dụng như điện thoại di động và máy tính xách tay (laptop), đem lại triển vọng đầy tiềm năng cho tương lai. DMFC tương tự như PEMFC ở chỗ chất điện phân là polymer và điện tích vận chuyển là ion hydrogen (proton). Tuy nhiên, với DMFC, methanol lỏng (CH3OH) bị oxygen hóa trong nước ở anode, sinh ra khí carbonic, ion hydrogen đi qua chất điện phân và phản ứng với oxygen từ không khí và các electron từ dòng điện tạo thành nước ở anode, hoàn thành chu trình. Phản ứng trên anode: CH3OH + H2O => CO2 + 6 H+ + 6e- (15.19) Phản ứng trên cathode: 3/2 O2 + 6 H+ + 6e- => 3 H2O (15.20) ______________________________________ ______________________________ Tổng quát: CH3OH + 3/2 O2 => CO2 + 2 H2O + năng lượng (điện) (15.21) Khi mới bắt đầu phát triển từ đầu những năm 90 của thế kỉ trước, DMFC lúc ấy chưa được chú ý nhiều bởi hiệu suất và mật độ năng lượng thấp cũng như một số vấn đề khác. Tuy nhiên những cải tiến trong chất xúc tác và những phát triển gần đây đã gia tăng mật độ năng lượng lên gấp 20 lần và hiệu suất cuối cùng đã có thể đạt được đến 40%. DMFC đã được thử nghiệm ở khoảng nhiệt độ từ 500C-1200C. Với nhiệt độ vận hành thấp và không đòi hỏi phải qua bước chuyển hóa thành hydrogen mà có thể dung trực tiếp nhiên liệu methanol, DMFC trở thành ứng cử viên sáng giá cho các ứng dụng cỡ từ rất nhỏ đến trung bình như điện thoại di động và các sản phẩm tiêu dùng khác. Một trong những nhược điểm của DMFC đó là nhiệt độ vận hành thấp đòi hỏi chất xúc tác phải hiệu lực hơn, có nghĩa lượng xúc tác bạch kim đắt đỏ cần dùng cũng lớn hơn so với dạng PEMFC thông thường. Ngoài ra, methanol còn là một chất độc. Vì thế mà một số công ty đã bắt tay vào việc phát triển các pin nhiên liệu sử dụng ethanol trực tiếp (DEFC – direct ethanol fuel cell). Hiệu suất của DEFC hiện nay mới chỉ khoảng một nửa so với DMFC, nhưng dự đoán khoảng cách này sẽ ngày càng được rút ngắn trong tương lai. g) RFC (Regenerative Fuel Cell) – pin nhiên liệu tái sinh. RFC là một hệ thống vận hành thành một chu trình kín và có thể trở thành nền tảng cơ bản cho nền kinh tế hydrogen dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo. Pin nhiên liệu sinh ra điện năng, nhiệt và nước từ hydrogen và oxygen sẽ được sử dụng khắp nền kinh tế, cung cấp năng lượng cho các nhà máy, xe cộ, phương tiện giao thông vận chuyển và cho các nhu cầu dân dụng của hộ gia đình. Hydrogen được sinh ra từ điện phân nước, tách nước thành hai thành phần hydrogen và oxy; quá trình sử dụng năng lượng tái tạo từ các nguồn tự nhiên như gió, mặt trời hay địa nhiệt. Một hệ thống như vậy sẽ không đòi hỏi bất cứ dạng pin nhiên liệu chuyên biệt nào, nhưng sẽ cần có một cơ sở hạ tầng để phân phối hydrogen đến các pin nhiên liệu để sử dụng. Tuy nhiên hiện tại chúng ta vẫn chưa có được một cơ sở hạ tầng để phân phối hydrogen như vậy. NASA đang tiến hành dự án phát triển một hệ thống pin nhiên liệu tái sinh nhẹ và hiệu quả để sử dụng trên chiếc máy bay tên là Helios có thể bay ở độ cao hơn 30 km. Chiếc máy bay trước đây chạy bằng các panel năng lượng mặt trời. Mục tiêu của dự án là tích hợp cả hai hệ thống năng lượng mặt trời và pin nhiên liệu tái sinh. Hệ thống pin mặt trời sẽ cung cấp năng lượng cho máy bay suốt ban ngày và sinh ra nguồn hydrogen bổ sung, hydrogen được lưu trữ để cung cấp cho pin nhiên liệu sử dụng vào ban đêm. Một hệ thống như vậy dùng hoàn toàn năng lượng sạch và bền vững, có thể giúp chuyến bay kéo dài được trong nhiều ngày. h) ZAFC (Zinc-Air Fuel Cell) – pin nhiên liệu kẽm/không khí ZAFC vừa có những đặc tính của pin nhiên liệu vừa mang những tính chất của pin ắc quy. Chất điện phân trong ZAFC là chất sứ rắn dùng ion hydroxyl (OH-) làm chất mang điện tích. Để đạt được hiệu suất điện/nhiên liệu cao vớI các nhiên liệu hydrocarbon và một độ dẫn cao cho chất mang điện tích, ZAFC vận hành ở 7000C. Điện cực dương, anode, được làm từ kẽm và được cung cấp hydrogen hay thậm chí cả các hydrocarbon. Điện cực âm, cathode, được tách khỏi nguồn không khí cấp vào nhờ một điện cực phân tán khí GDE (gas diffusion electrode), một màng thẩm thấu cho phép oxygen không khí đi qua. Ở cực âm, oxygen phản ứng với hydrogen để tạo nên ion hydroxyl và nước. Phản ứng trên anode: CH4 + H2O => CO2 + 6 H+ + 6e- (15.22) Zn + OH- => ZnO + H + e- (15.23) Phản ứng trên cathode: O2 + 2 H+ + 2e- => 2 OH- (15.24) O2 + 4 H+ + 4e- => 2 H2O (15.25) ______________________________________ ______________________________ Tổng quát: CH4 + 2 O2 => CO2 + 2 H2O + năng lượng (điện) (15.26) Nhiệt độ vận hành cao của ZAFC làm cho nó có khả năng chuyển hóa nhiệt hydrocarbon trực tiếp, không cần một thiết bị chuyển hóa bên ngoài để tạo ra hydrogen. Một thuận lợi khác của việc hoạt động ở nhiệt độ cao này đó là nhiệt thừa có thể được tận dụng để tạo ra hơi nước áp suất cao, hữu ích cho nhiều ứng dụng công nghiệp và thương mại. Chất điện phân của ZAFC cũng có một số ưu điểm trội hơn so với các chất điện phân khác. Nó không đòi hỏi nước bão hòa như màng polymer của PEMFC và do vậy không bị khô đi hết nên không cần các thiết bị để kiểm tra giám sát độ ẩm ở hai điện cực. Hơn nữa, vì là chất rắn, sự rò rỉ chất điện phân cũng không xảy ra như với các chất điện phân lỏng. Tuy nhiên, do điện cực dương bằng kẽm sẽ bị hao mòn nên bộ phận này thỉnh thoảng cần được thay thế . Hydrogen & Pin nhiên liệu (Các loại pin nhiên liệu- P2) f) DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) – pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp Dù công nghệ. trời và pin nhiên liệu tái sinh. Hệ thống pin mặt trời sẽ cung cấp năng lượng cho máy bay suốt ban ngày và sinh ra nguồn hydrogen bổ sung, hydrogen được lưu trữ để cung cấp cho pin nhiên liệu. sẽ không đòi hỏi bất cứ dạng pin nhiên liệu chuyên biệt nào, nhưng sẽ cần có một cơ sở hạ tầng để phân phối hydrogen đến các pin nhiên liệu để sử dụng. Tuy nhiên hiện tại chúng ta vẫn chưa