Blog Archives

Hidro peoxit có thể cấp năng lượng cho pin nhiên liệu

Các nhà nghiên cứu đang phát triển loại pin nhiên liệu thân thiện môi trường mới hoạt động bằng nhôm và nguồn năng lượng tái tạo mà tạo ra công suất điện cao gấp 20 lần trên mỗi pound so với ắc qui xe bình thường.

Loại pin mới này sản sinh ra điện năng qua các phản ứng hoá học giữa hidro peoxit và nhôm. Nếu được hoàn thiện xong, nguồn điện năng này một ngày nào đó sẽ thay thế các pin thông thường trong nhiều ứng dụng, kể cả dùng trong thiết bị điện tử xách tay.

Rusek, Phó giáo sư về ngành du hành vũ trụ và hàng không ở Đại học Purdue là cho biết sản phẩm mới này chứa tiềm năng năng lượng khổng lồ.

Hidro peoxit, H2O2, cũng có hứa hẹn triển vọng trong việc phát triển nhiên liệu tên lửa không độc hại, với chi phí hạ. Hóa chất này chỉ khác với nước là có hai nguyên tử oxi. Là loại hóa chất tương đối dễ sản xuất – về nguyên tắc là có thể chế từ nước – và ít nguy hiểm và rẻ hơn nhiều các “chất oxi hoá” thông thường, như oxi lỏng, cần thiết để đốt cháy nhiên liệu tên lửa.

Hiện hoá chất này được nghiên cứu tích cực cùng với các loại chất tạo lực đẩy không độc hại mới chế tạo từ rượu mà có thể dùng làm chất thay thế cho nhiên liệu tên lửa trên cơ sở dầu mỏ thông thường.

Các kỹ sư hy vọng có thể có các tên lửa vận hành trên cơ sở hidro peoxit vào thập kỷ tới. Nhưng mới đây một kỹ sư của Anh là Brown đã là người nhanh nhạy nhất về vấn đề này khi vào tháng 9 năm ngoái, chiếc xe máy Gillette chạy bằng tên lửa Challenger của Brown đã đạt tới tốc độ 365 dặm một giờ.

“Tất cả điều tôi có thể phát biểu là lực gia tốc trọng lượng G là lực tuyệt đối lớn cần phải thắng”, Brown nói. Chiếc xe dài 26 foot đã được đẩy bằng tên lửa sử dụng hidro peoxit như là chất ôxi hoá.

Không giống như hidro peoxit thường thấy ở hiệu thuốc, chứa khoảng 97 phần trăm nước, loại chất đẩy tên lửa này chỉ là chất cô đặc – 3 phần trăm nước và 97 phần trăm hidro peoxit – và đã được loại bỏ các tạp chất cơ bản.

Dạng H2O2 cô đặc, tinh khiết này sau đó được phân huỷ bởi các chất xúc tác hoá học, tạo nên oxi đốt cháy với nhiên liệu trên cơ sở rượu, như methanol và ethanol, có thể dẫn xuất từ ngô. Hệ vật liệu đẩy như vậy sẽ có thể cung cấp chất thay thế cho nhiên liệu hidrocacbon không tái tạo được hiện nay mà được chế biến từ dầu thô.

Trong pin nhiên liệu, hidro peoxit có hai vai trò: vừa là “dung dịch catot” (catolit), có nghĩa là nó là chất điện ly (là chất dẫn điện và cho phép phản ứng xảy ra) và vừa là catot (hoặc phần ắc qui thu hút các điện tử). Nhôm được dùng như là nhiên liệu của pin và anot của nó; khi oxi hoá nó giải phóng điện tử. Các sản phẩm thải gồm nước và các hợp chất hoá học tái chế được.

Khả năng bất ngờ tìm được lợi ích này đã giúp các nhà nghiên cứu Purdue vượt qua trở ngại cơ bản trong việc nghiên cứu pin nhiên liệu. Các nỗ lực nghiên cứu trước đây của hải quân Mỹ để phát triển pin bị huỷ bỏ do phản ứng với nhôm mau chóng tạo thành chất kết tủa đặc cản trở dòng điện. Tuy nhiên, vì các kỹ sư của Purdue không có nhôm tinh khiết để nghiên cứu nên họ đã sử dụng hợp kim nhôm. Điều đáng ngạc nhiên là họ đã thấy rằng hợp kim không tạo ra chất kết tủa.

Một vấn đề với pin thí nghiệm là không giống như ắc qui, chúng không cung cấp ngay dòng điện ổn định; mà cần khoảng hai giờ để pin đạt đến công suất điện cực đại trước khi tạo ra dòng điện ổn định. Công trình nghiên cứu tiếp theo sẽ là việc cải thiện vấn đề này.

Nhôm được lựa chọn vì đó là nguồn tự nhiên phong phú và dễ dàng thu hồi từ các nguồn tái chế. Dự kiến pin có mật độ năng lượng cao gấp 20 lần ắc qui axit chì tiêu chuẩn dùng cho xe. Điều này có nghĩa là một ắc qui axit chì nặng 20 kg sẽ cung cấp lượng năng lượng như một pin nhiên liệu hidro peoxit 1kg. Ngoài ra, các nhà khoa học cho biết là các kim loại khác, như hợp kim liti chẳng hạn, cũng có thể dùng trong pin nhiên liệu hidro peoxit.

N.T.Q. (Theo ScienceDaily, 15/12/1999)

Pin nhiên liệu trên cơ sở oxid rắn

Pin nhiên liệu trên cơ sở oxid rắn


Năm 1962, các nhà khoa học J. Weissbart và R. Ruka của công ty Siemens Westinghouse lần đầu tiên công bố tính khả thi của quá trình tạo điện năng từ solid electrolyte fuel cell. Trải qua hơn 40 năm nghiên cứu và phát triển, Siemens Westinghouse đã xây dựng và test thử nhà máy điện SOFC ở Hà Lan và cho kết quả khả quan. Kết quả tương tự cũng thu được của công ty Ceramic Fuel Cells, Úc. Gần đây Siemens Westinghouse đã tung ra sản phẩm tiền thương mại (pre-commercial) SOFC với công suất 125kW.

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của SOFC

3 tấm vật liệu cathod, anod, electrolyte được ghép lại với nhau. Bên buồng cathod, khí O2 đi vào và bị khử ở điện cực cathod tạo ion O2-. Ion này được dẫn qua lớp electrolyte (chất điện ly dẫn oxy) và đến điện cực anod. Tại anod, dòng nhiên liệu (H2, CO, hydrocarbon) sẽ phản ứng với O2- tạo nước, CO2 và giải phóng electron. Electron di chuyển từ anod sang cathod, tạo ra dòng điện. Nhiệt độ hoạt động của SOFC khoảng 700-1000oC.

Nếu electrolyte (chất điện ly) là chất dẫn proton, H2 bên anod sẽ bị oxid hóa ở điện cực tạo H+ và electron. H+ được dẫn qua electrolyte đến cathod. Tại cathod H+ phản ứng với O2 + elcetron tạo nước. Electron di chuyển từ anod sang cathod tạo dòng điện.

Một số kiểu thiết kế SOFC

+ Dạng phẳng, các cell được nối với nhau qua các tấm interconnect

+ Dạng ống, dòng không khí (O2) đi phía trong ống, dòng nhiên liệu đi phía ngoài thành ống.

Đa số các nghiên cứu trên SOFC với 2 buồng dẫn khí riêng rẽ (nhiên liệu và oxy được dẫn vào buồng anod và cathod riêng rẽ). Năm 1993, 2 nhà khoa học Nhật Bản Hibino và Iwahara lần đầu tiên áp dụng SOFC 1 buồng (single-chamber SOFC). Nhiên liệu và oxy được dẫn đồng thời qua các điện cực. 3 mô hình cho SC-SOFC:

http://www.chemvn.net

Xi hàn pin nhiên liệu ôxit rắn mới

Thứ sáu, 20 Tháng 8 2004 17:11

Các pin nhiên liệu ôxit rắn (SOFC) có tiềm năng rất lớn đối với các thiết bị di động và tĩnh, ví dụ như từ các thiết bị gia dụng cho tới nhà máy điện (tĩnh) hay nạp điện cho ô tô, tàu thuỷ hay tàu vũ trụ (động). Ngoài điện, khi SOFC hoạt động ở một chương trình đảo chiều với vai trò là các pin điện phân ôxit rắn, thì có thể sản sinh ra hydro tinh khiết bằng cách tách nước.
Nhưng SOFC có một nhược điểm, đó là tính toàn vẹn của các loại xi hàn bên trong và giữa các đơn vị sản sinh ra điện. Để giải quyết nhược điểm này, Peizhen Kathy Lu của trường đại học Kỹ nghệ Virginia đã tìm ra được một giải pháp mới.


Lu giải thích, được cấu tạo từ các vật liệu gốm có thể hoạt động ở nhiệt độ cao tới 1000oC, SOFC sử dụng nhiệt độ cao để làm phân tách các ion ôxi khỏi không khí. Các iôn này di chuyển xuyên qua một lưới tinh thể và làm ôxi hoá nhiên liệu, thường là hydrocácbon. Phản ứng hoá học này sản sinh ra các electron, di chuyển xuyên qua một mạch ngoài tạo thành một dòng điện. Để sản sinh ra đủ năng lượng cho một thiết bị cụ thể, các môđun SOFC bó cụm lại với nhau. Mỗi một môđun có không khí ở một mặt và nhiên liệu ở mặt kia để sản sinh ra các electron. Nhiều môđun bó lại với nhau để sản sinh ra đủ điện cho các thiết bị cụ thể. Vì vậy, các ngăn của mỗi một môđun phải được hàn lại với nhau và phải hàn chặt giữa các môđun ở trong một bó để không khí và nhiên liệu không rò rỉ và trộn vào nhau, dẫn tới việc mất hiệu quả hoặc phát nổ bên ngoài.

Lu đã phát minh ra một loại thuỷ tinh mới có thể được sử dụng để hàn các môđun và bó chúng lại. Loại thuỷ tinh hàn tự liền này sẽ tạo ra sức bền và độ ổn định lâu dài đối với bó.

Mike Miller, Giám đốc trung tâm cấp bằng sáng chế của trường đại học Kỹ nghệ Virginia cho biết, các vật liệu hàn thuỷ tinh được Lu phát minh không chứa bari ôxit, canxi ôxit, magiê cácbonat và các loại kiềm ôxit, ngoài ra chỉ chứa những lượng bo ôxit cực nhỏ. Điều này rất quan trọng bởi các loại xi hàn phải tương thích cả về mặt hoá học và cơ học với các thành phần pin kim loại và ôxit khác nhau do chúng được quay vòng liên tục giữa nhiệt độ phòng và nhiệt độ hoạt động.

NACESTI (Theo Newswise, 21/05/2009)

Pin mặt trời kiểu mới, sử dụng thuốc nhuộm và TiO2

Các nhà khoa học thuộc Đại học California, Mỹ, cho biết họ đã phát triển một loại pin quang điện kiểu mới, sử dụng các tính chất điện tử của các phân tử thuốc nhuộm và TiO2 để chuyển hóa năng lượng Mặt Trời thành điện năng.

Tuy thiết bị mới này kém hiệu quả hơn so với pin Mặt Trời thông thường chế tạo từ vật liệu silic, nhưng nó có thể được tối ưu hóa một cách dễ dàng để tạo ra nguồn điện Mặt Trời rẻ tiền. Thiết bị này có cấu trúc nhiều lớp, cho phép tách riêng các quá trình hấp thụ ánh sáng và vận chuyển điện tích. Năng lượng ánh sáng được hấp thụ bởi các phân tử thuốc nhuộm phát huỳnh quang, được đặt trong một màng vàng mỏng. Màng này lại được đặt trên một lớp TiO2. Dòng điện tử tự phát từ lớp TiO2 bán dẫn tới lớp vàng sẽ truyền điện tích âm của ánh sáng sang lớp vàng, để lại điện tích dương trên TiO2. Lớp thuốc nhuộm giải phóng các điện từ đến lớp TiO2, tạo ra một dòng điện.

NH  Theo Chemical Week, 2/2003