BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

TIỂU LUẬN
Đề tài :

“Pin Nhiên Liệu Kẽm/ Khơng Khí”

Giảng viên hướng dẫn: HỒNG TRÍ
Sinh viên thực hiện:
TRẦN MINH TRÍ
MSSV:

10203087

Lớp:
Khố:

102030A
2010 - 2014

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2014


LỜI CẢM ƠN
Chân thành cảm ơn Thầy HỒNG TRÍ đã tận tâm giảng dạy, hướng dẫn em về
môn học Năng Lượng và đặc biệt là đề tài “ Pin nhiên liệu Kẽm/khơng khí”
Trong thời gian học và thực hiện bài tiểu luận, em đã đúc kết được nhiều kinh

nghiệm và kiến thức bổ ích. Việc thu thập các tài liệu trong sách, trên mang hay ngoài
thực tiễn về các bài tiểu luận giúp em có điều kiện tiếp xúc với những phương pháp hay
và công nghệ tiên tiến, trong việc sử dụng năng lượng mới cho ngành công nghiệp phát
triển, đảm bảo khơng gây ơ nhiễm mơi trường, tiện ích cho cuộc sống. Nhằm nâng cao
kiến thức và khả năng chuyên môn cho bản thân.
Với những khả năng của em hy vọng sẽ vận dụng và phát huy hết những kiến thức
từ môn học vận dụng vào trong học tập tại trường và trang bị thêm những kiến thức khi
ra trường để làm việc.

TRẦN MINH TRÍ
2


PIN NHIÊN LIỆU KẼM- KHƠNG KHÍ
A/. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN:
Pin nhiên liệu đã được nhiều người nghiên cứu từ thế kỉ 19, nhưng phát
minh đầu tiên về pin nhiên liệu được ghi nhận là của ông William Robert
Grove (1811-1896) nhà khoa học tự nhiên xứ Wales vào năm 1839.
Phát minh dựa trên cơ sở của quá trình điện phân nước. Ơng Grove tin rằng,
nếu có thể tách nước thành hydro và oxy nhờ vào năng lượng điện thì q trình
ngược lại cũng có thể xảy ra, tức là có thể sản xuất ra dịng điện bằng cách kết
hợp hydro và oxy. Ở thời điểm này, platin được xem là chất xúc tác cho
phản ứng giữa hydro và oxy. Dựa vào các giả thiết đó, ơng Grove đã chế tạo
thành cơng mơ hình thực nghiệm đầu tiên của pin nhiên liệu, bao gồm hai điện
cực platin được bao trùm bởi hai ống hình trụ bằng thủy tinh, một ống chứa
hydro và ống kia chứa oxy. Khi chúng được nhúng trong axit sulfuric lỗng,
một dịng điện xuất hiện giữa hai điện cực và nước được sinh ra trong các ống.
Để tăng điện áp đầu ra, ông đã liên kết nhiều thiết bị với nhau và tạo thành một thiết bị
gọi "là acquy khí”. Năm 1889, hai nhà hóa học Ludwig Mond và Charles Langer đã cố
gắng phát triển mô hình của Grove vào ứng dụng trong thực tế bằng việc sử dụng khơng

khí và khí than đá làm nhiên liệu. Thuật ngữ “pin nhiên liệu” cũng bắt nguồn từ đây.
Mới đây nhất, các nhà khoa học tại Đại học Stanford- Mỹ đứng đầu là Giáo sư hóa
học Hongjie Dai đã phát triển một thế hệ pin mới là pin kim loại / khơng khí với hoạt tính
xúc tác cao hơn, bền hơn, chi phí thấp hơn các loại pin được sử dụng rộng rãi hiện nay.
Trong đó pin nhiên liệu kẽm khơng khí lựa khả thi nhất về mặt kỹ thuật và kinh thế với
sự kết hợp giữa oxi trong khơng khí và kẽm được điện phân trong mơi trường kiềm lỏng
để sản xuất điện với một sản phẩm phụ là oxit kẽm. Khi quá trình này được đảo ngược
trong thời gian sạc thì oxi và kẽm kim loại được tái sinh.
Trong đó đáng chú ý nhất là sự kết hợp giữa cabalt-oxit và hydroxit của hợp kim
Ni-Fe tạo ra pin kẽm /khơng khí có mật độ năng lượng cao gấp 2 lần pin lithium-ion hiện
tại. Phát hiện này là một bước quan trọng hướng đến việc phát triển pin kẽm/ khơng khí
có thể sạc lại mặc dù cịn nhiều thách thức khác liên quan đến thời gian hoạt động của
điện cực kẽm.

3


B/. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT
ĐỘNG:
I/. Định nghĩa :
Pin nhiên liệu là pin tạo ra dịng điện trực tiếp từ một phản ứng hóa học. Giống
như một ắc quy, nhưng nó khác nhau ở chỗ là pin nhiên liệu được thiết kế sao cho chất
phản ứng được cung cấp liên tục cho đến hết, nó tạo ra điện từ nguồn nhiên liệu cung cấp
bên ngoài và oxi khác với khả năng tích trữ năng lượng bên trong giới hạn của ắc quy.
Hơn nữa, trong khi điện tích bên trong ắc quy phản ứng và thay đổi như là một ắc
quy tích điện hoặc phóng điện, điện tích của pin nhiên liệu thì xúc tác và tương đối ổn
định.

II/.Phân loại : pin nhiên liệu hiện nay có 5 loại chính.
+ Pin nhiên liệu dùng màng điện phân.

+ Pin nhiên liệu kiềm.
+ Pin nhiên liệu axit photphoric.
+ Pin nhiên liệu oxit rắn.
+ Pin nhiên liệu muối cacbonate nóng chảy.

III/.Cấu tạo : Pin nhiên liệu Kẽm / khơng khí gồm có.
Anode : dẫn khí hydro đến bề mặt của chất xúc tác và dẫn các electron được tách
ra từ phân tử hydro để sử dụng cho mạch điện bên ngồi. Khí hydro được phân bố đều
khi gặp chất xúc tác.
Cathode : dẫn khí oxi tới mặt của chất xúc tác, đồng thời nó cũng dẫn những
electron sau khi phản ứng từ mạch điện bên ngoài, kết hợp với ion hydro và oxi tạo ra
nước.

Hình: Cấu tạo của một pin nhiên liệu kẽm/khơng khí

Màng trao đổi proton : là một bộ phận rất quan trọng trong pin nhiên liệu, nó có
cơng dụng dẫn các proton, đồng thời ngăn cản các electron di chuyển từ anode sang
cathode.
4


Chất xúc tác : là một chất hóa học đặc biệt làm cho phản ứng của hydro và oxi dễ
dàng hơn. Nó làm thay đổi trạng thái hóa học của hydro và oxi nhưng không bao giờ tự
thay đổi.

IV/. Hệ thống pin nhiên liệu :
+ Bộ xử lý nhiên liệu : dùng để chuyển đổi những khí thương mại sẵn có hay các
nhiên liệu khác ở dạng lỏng hoặc rắn thành các nhiên liệu phù hợp với các phản ứng xảy
ra ở các điện cực.


Hình : bộ xử lý nhiên liệu.
5


+ Thiết bị biến đổi năng lượng : nhằm biến đổi hóa năng của nhiên liệu thành
điện năng.
+ Bộ điều hịa cơng suất : dịng điện do pin tạo ra thường không sử dụng trực tiếp
cho tải điện mà phải thơng qua bộ phận biến đổi dịng điện. Do pin chỉ sản sinh ra dòng
điện một chiều, tùy theo yêu cầu sử dụng mà ta có thể sử dụng bộ biến đổi dòng điện để
chuyển dòng điện một chiều sang xoay chiều.
+ Hệ thống thu hồi nhiệt : nhiệt lượng này có thể tận dụng để tạo hơi nước, nước
nóng hoặc chuyển tiếp thành điện năng thông qua một turbine khí hay sử dụng cho một
cơng nghệ nào đó nhằm tận dụng triệt để nhiệt độ phát sinh.
Ngoài ra, trong hệ thống pin nhiên liệu cịn có các hệ thống phụ để xử
lý độ ẩm, nhiệt độ, áp suất khí và nước thải của pin nhiên liệu,….

V/. Nguyên lý hoạt động:
Các phản ứng hóa học tạo ra dịng điện xảy ra tại các điện cực chính là chìa khóa
trong cơ chế hoạt động của pin nhiên liệu.
Có nhiều kiểu pin nhiên liệu và mỗi kiểu vận hành một cách khác nhau tùy thuộc
vào loại nhiên liệu và chất điện phân sử dụng trong pin. Tuy nhiên, tất cả các loại pin
nhiên liệu hiện nay đều có cùng một nguyên lý hoạt động cơ bản. Khi các nguyên tử
hydro có trong nhiên liệu đi vào anode của pin nhiên liệu, các phản ứng hóa học xảy ra
tại đây sẽ lấy các electron của chúng. Những nguyên tử hydro lúc này bị ion hóa, tạo
thành ion hydro mang điện tích dương.

6


Hình : Sơ đồ mơ tả ngun lý hoạt động của pin nhiên liệu.


Các electron mang điện tích âm bị ngăn cản bởi chất điện phân nên không thể di
chuyển trực tiếp từ anode sang cathode mà phải đi vòng qua một mạch điện bên ngồi,
tạo ra dịng điện một chiều. Cùng lúc đó, khí oxi được cung cấp đến cathode của pin sẽ
nhận các electron này, tạo thành các ion oxi. Và trong một số dạng pin nhiên liệu, các ion
oxi này sẽ kết hợp với các ion hydro vừa đi qua chất điện phân từ anode của pin nhiên
liệu để tạo thành nước, ở một số dạng pin nhiên liệu khác, các ion oxi sẽ di chuyển qua
chất điện phân đến anode, gặp kết hợp với các ion hydro ở đó để tạo thành nước. Như
vậy, dù hydro và oxi cùng gặp nhau và kết hợp với nhau ở anode hay cathode nhưng cuối
cùng cũng tạo ra nước, thóa ra khỏi pin. Pin nhiên liệu sẽ liên tục phát điện khi vẫn được
cung cấp hydro và oxi.
Trong pin nhiên liệu, các electron di chuyển từ anode sang cathode thơng qua một
mạch điện bên ngồi, nên dịng điện đi qua mạch điện có chiều từ cathode sang anode.

C/. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM
1/. ưu điểm :
+ Hiệu suất cao
+ Dường như khơng có ơ nhiễm mơi trường.
+ Động cơ điện sử dụng pin nhiên liệu có hiệu suất cao, khơng có tiếng ồn, có +
Đặc tính tốt hơn so với động cơ đốt trong, ít bảo trì, bảo dưỡng, dễ sửa chữa.
+ Hydro có thể được điều chết từ nước.
+ So với ắc quy thì pin nhiên liệu có khối lượng và thể tích nhỏ hơn.
2/. Nhược điểm :
+ Chi phí đầu tư ban đầu cao.
+ Hydro khơng tồn tại ở trạng thái đơn chất, điều chế, sản xuất hydro rất khó khăn
và tốn kém đơi 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 cịn hạn chế.
7



MỤC LỤC
Trang
LỜI CÁM ƠN .............................................................................................................................. 2
A/. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ...................................................................................................... 3
B/. ĐỊNH NGHĨA, PHÂN LOẠI, CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ.............................................. 4
I/. ĐỊNH NGHĨA
II/. PHÂN LOẠI
III/. CẤU TẠO
IV/. HỆ THỐNG.................................................................................................................... 5
V/. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG ......................................................................................... 6
C/. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM ........................................................................................................ 7

8


9


(Mẫu)

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Báng 1.1: <Tên bảng> ..................................................................................................
Báng 1.2: <Tên bảng> ..................................................................................................
Báng 1.3: <Tên bảng> ..................................................................................................
…
Báng 3.4: <Tên bảng> ..................................................................................................

23

25
24
34

Ghi chú:
Chữ số thứ nhất chỉ tên chương
Chữ số thứ hai chỉ thứ tự bảng biểu trong mỗi chương
Ở cuối mỗi bảng biểu trong mỗi chương phải có ghi chú, giải thích, nêu rõ
nguồn trích hoặc sao chụp, …

10


(Mẫu)

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Trang
Sơ đồ 1.1: <Tên sơ đồ > ............................................................................................... 11
Sơ đồ 1.2: <Tên sơ đồ > ............................................................................................... 12
Sơ đồ 1.3: <Tên sơ đồ > ............................................................................................... 16
…
Sơ đồ 3.7: <Tên sơ đồ > ............................................................................................... 37
…
Hình 1.1: <Tên hình > .................................................................................................. 13
Hình 1.2: <Tên hình > .................................................................................................. 15
Hình 1.3: <Tên hình > .................................................................................................. 18
…
Hình 4.3: <Tên hình > .................................................................................................. 43

Ghi chú:

Chữ số thứ nhất chỉ tên chương
Chữ số thứ hai chỉ thứ tự sơ đồ, hình, … trong mỗi chương
Ở cuối mỗi sơ đồ, hình, … trong mỗi chương phải có ghi chú, giải thích,
nêu rõ nguồn trích hoặc sao chụp, …

11


(Mẫu)

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
CAD

Computer Aided Design

CAM

Computer Aided Manufacturing

CAP

Computer Aided Planning

CNC

Computerized Numerical Control

…

12



(Mẫu)

CHƯƠNG 1: ……. (size 13, Bold, IN HOA)
Size 13:..…………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
Size 13:..…………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………..
Ghi chú:
Size 13, Font Times New Roman
Format - Paragraph:
+ Alignment:
Justified
+ Spacing before:
0 pt
+ Spacing after:
3 pt

+ Line spacing: multiple: 1,3

13


(Mẫu)

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Bộ Giáo dục và Đào tạo, Báo cáo tổng kết 5 năm (1992 - 1996) phát triển giáo dục tiền
tiểu học. Hà Nội, 2006 ( TLTK khơng có tác giả)
[2]

Trần Văn Địch, Cơng nghệ chế tạo bánh răng, NXB KHKT, Hà Nội 2006
( TLTK là SÁCH)

[3]

Đặng Thiện Ngơn, Trần Quốc Hùng, Dương Bình Nam, Quy trình và thiết bị sản xuất
muối tơm, pp. 20-26, Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, số 21, ĐHSPKT TPHCM,
2011 ( TLTK là BÀI BÁO)

[4]

Nguyễn Vĩnh Phối, Lê Chí Cương (HD), Ảnh hưởng của tính đẳng hướng đến hàm hấp
thu tổng qt trong q trình tính tốn ứng suất dùng nhiễu xạ X-quang, LVTN Thạc sĩ,
ĐHSPKT TP. HCM, 2009 ( TLTK là LVTN)

…
Tiếng Anh

[6] Dang Thien Ngon, CAD/CAM/CNC Technology - Present applications and development
trends in the future, International Conferenceon Science and Technology, pp. 670-677,
Hanoi – Vietnam, Nov. 2011 ( TLTK là BÀI BÁO CÁO ở Hội nghị)
…
Nguồn khác
[11] Screw Conveyor Corporation, Screw Conveyor Catalog & Engineering Manual, link
www.screwconveyor.com/SCC%20EngCat10_LR.pdf, 9/2011
…

14


15