Đề tài: Tổng hợp vật liệu Nano cấu trúc lõi - vỏ Platinum-Ruthenium cho xúc tác điện cực Pin nhiên liệu dùng Methanol trực tiếp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------
NGUYỄN VĂN PHI THÒN
NGUYỄN NGỌC BÌNH
TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO CẤU TRÚC LÕI-VỎ
PLATINUM-RUTHENIUM CHO XÚC TÁC ĐIỆN CỰC
PIN NHIÊN LIỆU DÙNG METHANOL TRỰC TIẾP
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH HÓA HỌC
2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------
NGUYỄN VĂN PHI THÒN
NGUYỄN NGỌC BÌNH
TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO CẤU TRÚC LÕI-VỎ
PLATINUM-RUTHENIUM CHO XÚC TÁC ĐIỆN CỰC
PIN NHIÊN LIỆU DÙNG METHANOL TRỰC TIẾP
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH HÓA HỌC
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Ths. ĐẶNG LONG QUÂN
2014

Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Khoa Khoa học Tự Nhiên Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Hóa học ------
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Cán bộ hướng dẫn: Ths. Đặng Long Quân
Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu nano cấu trúc lõi-vỏ platinum-ruthenium cho xúc
tác điện cực pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp.
Sinh viên thực hiện: 1. Nguyễn Văn Phi Thòn MSSV: 2111977
Lớp Hóa học – Khóa 37
2. Nguyễn Ngọc Bình MSSV: 2111900
Nội dung nhận xét:
Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:
Đánh giá nội dung thực hiện đề tài: …………………………………………..
…………………………………………………………………………………
Những vấn đề còn hạn chế: …………………………………………..………
…………………………………………………………………………………
Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Kết luận, đề nghị và điểm:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2014
Cán bộ hướng dẫn
Đặng Long Quân

Trường Đại Học Cần Thơ Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Khoa Khoa học Tự Nhiên Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Bộ môn: Hóa học ------
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
Cán bộ phản biện: …………………………………………………………….
Tên đề tài: Tổng hợp vật liệu nano cấu trúc lõi-vỏ platinum-ruthenium cho xúc
tác điện cực pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp.
Sinh viên thực hiện: 1. Nguyễn Văn Phi Thòn MSSV: 2111977
2. Nguyễn Ngọc Bình MSSV: 2111900
Nội dung nhận xét:
Nhận xét về hình thức luận văn tốt nghiệp:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Nhận xét về nội dung luận văn tốt nghiệp:
Đánh giá nội dung thực hiện đề tài: …………………………………………..
…………………………………………………………………………………
Những vấn đề còn hạn chế: …………………………………………..………
…………………………………………………………………………………
Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Kết luận, đề nghị và điểm:
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Cán bộ phản biện

Luận văn Đại học – Hóa học
Nguyễn Văn Phi Thòn 2111977
Nguyễn Ngọc Bình 2111900
i
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ths. Đặng
Long Quân. Thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ và luôn bên cạnh chúng em trong
suốt quá trình thực hiện luận văn.
Chúng em xin chân thành cám ơn quý Thầy, Cô thuộc bộ môn Hóa học –
Khoa Khoa học Tự nhiên – Trường Đại học Cần Thơ, các Thầy, Cô đã truyền
đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian chúng em học tập tại trường,
giúp chúng em tự tin hơn trong việc học tập và thực hiện luận văn.
Chúng em xin gửi lời cám ơn đến các anh chị học viên cao học, các bạn
thực hiện luận văn tại phòng thí nghiệm Hóa sinh 1 đã tận tình giúp đỡ chúng
em trong quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến gia đình và người thân đã luôn
động viên, quan tâm và ủng hộ chúng em trong suốt quá trình học tập.
Xin chân thành cám ơn!
Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2014
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Phi Thòn Nguyễn Ngọc Bình

ii
TÓM TẮT
Vật liệu xúc tác nano platinum – ruthenium được tổng hợp bằng phương
pháp khử ion kim loại bằng hai chất khử là ethylene glycol và natri
borohydride (NaBH4) trên nền carbon Vulcan và carbon nanotubes được tổng
hợp. Chất xúc tác được đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định thành phần
cấu tạo. Xác định hình thái và sự phân bố của hạt nano bằng kính hiển vi điện
tử truyền qua (TEM). Khảo sát tính chất điện hóa của chất xúc tác bằng
phương pháp đo thế vòng tuần hoàn (CV). Qua đó đánh giá và tìm ra loại chất
xúc tác tối ưu cho xúc tác điện cực pin nhiên liệu sử dụng methanol trực tiếp.

iii
LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết
quả nghiên cứu của chúng tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được
dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Phi Thòn Nguyễn Ngọc Bình

iv
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.....................................................................................................i
TÓM TẮT..........................................................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................iii
MỤC LỤC ........................................................................................................iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...........................................................................vi
DANH MỤC HÌNH.........................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... x
Chương 1 GIỚI THIỆU..................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ................................................................................................ 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 1
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU................................................................. 3
2.1 PIN NHIÊN LIỆU ................................................................................... 3
2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của pin nhiên liệu.......................... 3
2.1.2 Đặc điểm chung của pin nhiên liệu................................................... 5
2.1.3 Phân loại pin nhiên liệu .................................................................... 7
2.1.4 Ưu và nhược điểm của pin nhiên liệu............................................. 11
2.1.5 Ứng dụng của pin nhiên liệu........................................................... 12
2.2 PIN NHIÊN LIỆU DÙNG METHANOL TRỰC TIẾP (DMFC)......... 15
2.2.1 Cấu tạo của DMFC ......................................................................... 16
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của DMFC.................................................... 19
2.2.3 Ưu và nhược điểm của DMFC ....................................................... 21
2.3 XÚC TÁC ĐIỆN CỰC TRONG DMFC............................................... 21
2.3.1 Chất xúc tác có cấu trúc nano......................................................... 21
2.3.2 Chất mang xúc tác .......................................................................... 22
2.3.3 Phương pháp chế tạo chất xúc tác .................................................. 25
2.3.4 Xúc tác điện cực DMFC................................................................. 27
Chương 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM .............. 31
3.1 DỤNG CỤ, THIẾT BỊ, VẬT LIỆU VÀ HÓA CHẤT.......................... 31

v
3.1.1 Dụng cụ, thiết bị ............................................................................. 31
3.1.2 Vật liệu, hóa chất ............................................................................ 32
3.2 THỰC NGHIỆM ................................................................................... 33
3.2.1 Chế tạo chất xúc tác trên nền Carbon Vulcan ................................ 33
3.2.2 Chế tạo chất xúc tác trên nền Carbon nanotubes (CNTs)............... 36
3.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, TÍCH CHẤT CỦA CHẤT
XÚC TÁC.................................................................................................... 40
3.3.1 Phân tích thành phần cấu tạo bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
(XRD) ...................................................................................................... 40
3.3.2 Xác định kích thước và sự phân bố hạt nano bằng kính hiển vi điện
tử truyền qua (TEM)................................................................................ 42
3.3.3 Khảo sát tính chất điện hóa bằng phương pháp đo thế vòng tuần
hoàn (CV) ................................................................................................ 42
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................ 45
4.1 PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA MẪU......................... 45
4.2 XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ CỦA HẠT NANO TRÊN NỀN CHẤT
MANG ......................................................................................................... 47
4.3 KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA CHẤT XÚC TÁC......... 52
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................ 55
5.1 KẾT LUẬN............................................................................................ 55
5.2 KIẾN NGHỊ........................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 56
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 58

vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AFC Alkaline fuel cell: pin nhiên liệu kiềm
CNTs Carbon nanotubes: ống carbon nano
CV Phương pháp đo thế vòng tuần hoàn
DMFC Direct methanol fuel cell: pin nhiên liệu dùng methanol
trực tiếp
DWNTs Double walled nanotubes: ống carbon nano vách đôi
EG Dung dịch Ethylene glycol
MCFC Molten carbonate fuel cell: pin nhiên liệu carbonate
nóng chảy
MEA Membrane electrode assembly: hệ màng điện cực
MWNTs Multi walled nanotubes: ống carbon nano đa vách
PAFC Phosphoric acid fuel cell: pin nhiên liệu acid phosphoric
PEM Proton exchange membrane: màng trao đổi proton
PEMFC Polymer electrolyte membrane fuel cell: pin nhiên liệu
dùng màng polymer rắn làm chất điện giải
Pt Platinum
PtRu/C Vi hạt hợp kim Pt-Ru trên nền Carbon Vulcan
PtRu/CNTs Vi hạt hợp kim Pt-Ru trên nền Carbon nanotubes
Pt@Ru/C Vi hạt cấu trúc lõi-vỏ Pt-Ru trên nền Carbon Vulcan
Pt@Ru/CNTs Vi hạt cấu trúc lõi-vỏ Pt-Ru trên nền Carbon nanotubes
Ru Ruthenium
Ru@Pt/C Vi hạt cấu trúc lõi-vỏ Ru-Pt trên nền Carbon Vulcan
Ru@Pt/CNTs Vi hạt cấu trúc lõi-vỏ Ru-Pt trên nền Carbon nanotubes
TEM Transmission Electron Microscope: kính hiển vi điện tử
truyền qua
XRD X-ray Diffraction: Phổ nhiễu xạ tia X

vii
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Dự báo về xu hướng sử dụng nguồn nhiên liệu thế giới.................... 3
Hình 2.2 Thống kê lượng CO2 thải ra từ các lĩnh vực ..................................... 4
Hình 2.3 Các nguồn nguyên liệu có thể điều chế hydro ................................... 5
Hình 2.4 Cấu tạo của pin nhiên liệu.................................................................. 6
Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu hydro.................................. 7
Hình 2.6 Pin nhiên liệu dùng màng polymer rắn làm chất điện giải ................ 8
Hình 2.7 Pin nhiên liệu dùng acid phosphoric.................................................. 9
Hình 2.8 Pin nhiên liệu oxit rắn ........................................................................ 9
Hình 2.9 Pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy................................................... 10
Hình 2.10 Pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp .......................................... 10
Hình 2.11 Khí thải ra từ các nhà máy khi sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch
.......................................................................................................................... 11
Hình 2.12 So sánh tiêu chuẩn môi trường với lượng khí thải ra của PAFC... 12
Hình 2.13 Máy bay sử dụng pin nhiên liệu của Đức ...................................... 13
Hình 2.14 Xe sử dụng pin nhiên liệu .............................................................. 13
Hình 2.15 Pin nhiên liệu cho điện thoại, máy vi tính ..................................... 14
Hình 2.16 Pin nhiên liệu siêu nhỏ................................................................... 15
Hình 2.17 Cấu tạo của DMFC ........................................................................ 16
Hình 2.18 Ảnh SEM của màng trao đổi proton và điện cực trong DMFC..... 17
Hình 2.19 Cấu trúc của lớp chất xúc tác ......................................................... 18
Hình 2.20 Cấu trúc hệ màng điện cực MEA................................................... 19
Hình 2.21 Các bước phản ứng trong quá trình oxy hóa methanol.................. 19
Hình 2.22 Nguyên lý hoạt động của DMFC................................................... 20
Hình 2.23 Một số cấu trúc của carbon ............................................................ 23
Hình 2.24 Biểu đồ thể hiện khả năng xúc tác điện cực của một số kim loại.. 27
Hình 2.25 Sơ đồ phản ứng oxy hóa methanol với xúc tác Pt.......................... 28
Hình 2.26 Ảnh TEM của hai mẫu: PtRu/C (d ≈ 7nm); Pt/C (d ≈ 5-6 nm) ..... 29

viii
Hình 2.27 Biểu đồ số lượng bài báo, tạp chí khoa học về hạt nano cấu trúc lõi
– vỏ xuất bản qua từng năm............................................................................. 29
Hình 2.28 Ảnh TEM của chất xúc tác lõi – vỏ Ru@Pt................................... 30
Hình 2.29 Biểu đồ đo CV thể hiện khả năng xúc tác oxy hóa của các loại chất
xúc tác trong dung dịch NaOH 0.5 M, CH3OH 1.0 M .................................... 30
Hình 3.1 Sơ đồ chế tạo Ru@Pt/C bằng phương pháp khử hai bước .............. 34
Hình 3.2 Sơ đồ chế tạo Pt@Ru/C bằng phương pháp khử hai bước .............. 35
Hình 3.3 Sơ đồ chế tạo PtRu/C ....................................................................... 36
Hình 3.4 Cấu trúc bền vững của CNTs........................................................... 36
Hình 3.5 Sơ đồ hoạt hóa CNTs ....................................................................... 37
Hình 3.6 Sơ đồ chế tạo Ru@Pt/CNTs bằng phương pháp khử hai bước ....... 38
Hình 3.7 Sơ đồ chế tạo Pt@Ru/CNTs bằng phương pháp khử hai bước ....... 39
Hình 3.8 Sơ đồ chế tạo PtRu/CNTs ................................................................ 40
Hình 3.9 Máy nhiễu xạ tia X........................................................................... 41
Hình 3.10 Kính hiển vi điện tử truyền qua – JEM 1400................................. 42
Hình 3.11 Sơ đồ hệ đo thế tuần hoàn tuần hoàn (CV).................................... 43
Hình 3.12 Thiết bị đo CV................................................................................ 43
Hình 3.13 Điện cực làm việc........................................................................... 44
Hình 4.1 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu: a) Ru@Pt/C; b) Pt@Ru/C; c) PtRu/C;
d) Tổng hợp ba mẫu......................................................................................... 45
Hình 4.2 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu: a) Ru@Pt/CNTs; b) Pt@Ru/CNTs; c)
PtRu/CNTs; d) Tổng hợp ba mẫu.................................................................... 46
Hình 4.3 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của mẫu Pt@Ru/C................ 47
Hình 4.4 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của mẫu Ru@Pt/C................ 47
Hình 4.5 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của mẫu PtRu/C ................... 48
Hình 4.6 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của mẫu Pt@Ru/CNTs......... 48
Hình 4.7 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của mẫu Ru@Pt/CNTs......... 48
Hình 4.8 Ảnh TEM và phân bố kích thước hạt của mẫu PtRu/CNTs............. 49
Hình 4.9 Ảnh HR-TEM của mẫu Pt@Ru/C.................................................... 49
Hình 4.10 Ảnh HR-TEM của mẫu Ru@Pt/C.................................................. 50

ix
Hình 4.11 Ảnh TEM của mẫu Pt@Ru/CNTs.................................................. 50
Hình 4.12 Ảnh TEM của mẫu Ru@Pt/CNTs.................................................. 51
Hình 4.13 Ảnh TEM của mẫu PtRu/CNTs ..................................................... 51
Hình 4.14 Đường cong thế vòng tuần hoàn (CV) của các điện cực xúc tác trên
nền carbon Vulcan ........................................................................................... 52
Hình 4.15 Đường cong thế vòng tuần hoàn (CV) của các điện cực xúc tác trên
nền carbon nanotubes....................................................................................... 53

x
DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Các hóa chất sử dụng....................................................................32
Bảng 4.1: So sánh khả năng xúc tác oxy hóa methanol của các chất xúc tác
trên nền carbon Vulcan.................................................................................53
Bảng 4.2 So sánh khả năng xúc tác oxy hóa methanol của các chất xúc tác trên
nền carbon nanotubes……………………………………………………….54

1
Chương 1 GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Thời đại ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng, nhu cầu
nâng cao chất lượng cuộc sống của con người ngày càng tăng. Do đó, việc
nghiên cứu về nguồn năng lượng lý tưởng đáp ứng tiến trình phát triển của
nhân loại là vấn đề rất quan trọng. Trong khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch
đang cạn kiệt và đã bộc lộ nhiều khuyết điểm thì năng lượng tái tạo dần dần
được nghiên cứu. Một trong những nguồn năng lượng tái tạo được xem là thân
thiện với môi trường và có hiệu suất cao đó là pin nhiên liệu. Chỉ cần cung cấp
nhiên liệu, pin nhiên liệu có thể tạo ra năng lượng điện. Ngoài ra, pin không sử
dụng than hay dầu mỏ nên không phát sinh khí thải gây ô nhiễm môi trường
và hiệu ứng nhà kính. Điện từ pin nhiên liệu có thể sản xuất và cung cấp tại
chỗ từng khu vực không cần dây dẫn và lưới điện tập trung. Với những ưu
điểm đó, rất nhiều nhà khoa học trên thế giới đã và đang tập trung nghiên cứu
cải tiến, phát triển nhằm tạo ra pin nhiên liệu có hiệu quả cao hơn. Đặc biệt là
giảm giá thành để pin nhiên liệu có thể được áp dụng rộng rãi cả trong kỹ
thuật và đời sống.
Một trong các yếu tố chính dẫn đến giá pin nhiên liệu cao là do thành
phần chất xúc tác trong pin là kim loại quý platinum (Pt). Để hạ giá thành thì
cần thiết phải giảm đáng kể lượng Pt cần sử dụng bằng cách tạo hạt Pt có cấu
trúc nano nhằm giảm lượng Pt đồng thời tăng hiệu quả xúc tác. Nhờ vào sự
phát triển của khoa học công nghệ, chất xúc tác có kích thước nano phân tán
trên nền carbon đã được chế tạo và chứng tỏ là chất xúc tác hiệu quả nhất cho
các loại pin nhiên liệu sử dụng màng trao đổi proton, trong đó có pin nhiên
liệu dùng methanol trực tiếp (DMFC). Gần đây, chất xúc tác hai thành phần
trên nền vật liệu nano, đặc biệt là chất xúc tác nano cấu trúc lõi – vỏ trên nền
carbon nanotubes (CNTs), ở các điện cực đã thể hiện được những ưu điểm
vượt trội so với các xúc tác khác như: hiệu suất pin tăng lên đáng kể, mật độ
công suất cao, thế bắt đầu cho quá trình oxy hóa thấp… Với ý nghĩa thực tiễn
quan trọng ấy, chúng tôi đã thực hiện đề tài: “Tổng hợp vật liệu nano cấu trúc
lõi-vỏ platinum-ruthenium cho xúc tác điện cực pin nhiên liệu dùng methanol
trực tiếp”.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Đề tài được thực hiện với mục tiêu nghiên cứu chế tạo chất xúc tác có
cấu trúc lõi – vỏ cho pin nhiên liệu sử dụng methanol trực tiếp. Đồng thời

2
khảo sát tính chất, cấu trúc của chất xúc tác được tổng hợp nhằm chứng minh
được ưu điểm vượt trội của chất xúc tác có cấu trúc lõi – vỏ.

3
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 PIN NHIÊN LIỆU
2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của pin nhiên liệu
Năng lượng có vai trò quyết định đến sự phát triển của xã hội loài người,
đó là điều đã được thực tế khẳng định. Hầu hết các nguồn năng lượng được
cung cấp từ nhiên liệu hóa thạch (than, dầu mỏ và khí thiên nhiên). Đó là
nguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng nhất của các thế kỷ qua và cho đến
ngày nay. Nó cung cấp hơn 85% nhu cầu năng lượng cho sự vận hành của nền
kinh tế: chủ yếu là bảo đảm nhu cầu điện năng, nhiệt năng và nhiên liệu động
cơ cho mọi hoạt động của con người. Tuy vậy, việc sử dụng nguồn nhiên liệu
này đang gặp phải những vấn đề cần phải giải quyết:
- Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng theo cấp số nhân do sự phát triển
như vũ bão của thế giới (Hình 2.1). Trong khi đó, nguồn năng lượng hóa
thạch không thể tái tạo được. Hơn nữa, trữ lượng các nguồn năng lượng
này có hạn và sự cạn kiệt của chúng cũng đang được dự báo bởi nhiều
tính toán khoa học.
Hình 2.1 Dự báo về xu hướng sử dụng nguồn nhiên liệu thế giới [1]
- Năng lượng hóa thạch bộc lộ những nhược điểm không thể tránh được
trong quá trình sử dụng. Than, dầu mỏ và khí thiên nhiên đều là những
hợp chất hữu cơ chứa carbon. Vì thế, nguồn nhiên liệu tiêu thụ càng
nhiều kéo theo lượng khí cacbon dioxide (CO2) thải ra ngày càng tăng,
gây hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu. Ngoài ra, rất nhiều chất độc
hại có nguồn gốc từ tạp chất chứa trong nhiên liệu hóa thạch thải ra gây ô

4
nhiễm môi trường, cũng như ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.
Theo thống kê năm 2000, ngành sản xuất năng lượng thải ra lượng khí
CO2 nhiều nhất.
Hình 2.2 Thống kê lượng CO2 thải ra từ các lĩnh vực [1]
Hàng loại các giải pháp đã được thực hiện để giải quyết những vấn đề
trên. Trong đó, việc tìm ra các nguồn năng lượng mới được xem là một yêu
cầu quan trọng. Nổi bật trong các nguồn năng lượng tái tạo, hệ thống pin nhiên
liệu sử dụng hydro được nghiên cứu phát triển mạnh bởi nhiều ưu điểm về
hiệu suất, thuận tiện, thân thiện với môi trường...
Hydro là nguồn năng lượng lý tưởng, có nhiệt năng riêng cao đồng thời
không gây ô nhiễm môi trường. Mặt khác, như trên Hình 2.3, hydro có thể
điều chế từ nhiều nguồn khác nhau nên không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa
thạch. Từ đó, ý tưởng pin nhiên liệu sử dụng hydro ra đời.

5
Hình 2.3 Các nguồn nguyên liệu có thể điều chế hydro [1]
Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu được tìm ra từ năm 1802 nhưng
mãi tới năm 1839 mới có được bước tiến quan trọng: sử dụng các điện cực
bằng platinum có cấu trúc xốp và dung dịch điện phân là acid sulfuric. Đó là
công trình của một nhà khoa học người Anh, William Robert Grove, ông đã
chế tạo thành công pin nhiên liệu đầu tiên.
Năm 1889, Ludwig Mond và Charles Langer đã thử nghiệm chế tạo ra
pin nhiên liệu hoạt động khá tốt, sử dụng nguồn nhiên liệu là không khí và khí
than đá công nghiệp. Cũng trong thời gian này, William White Jaques đã
thành công với một loại pin nhiên liệu có dung dịch điện giải là acid
phosphoric.
Năm 1959, Francis T. Bacon đã chế tạo thành công pin nhiên liệu có
công suất 5kW sử dụng điện cực bằng niken và chất điện giải kiềm.
Pin nhiên liệu sử dụng trong chương trình Gemini được NASA phát triển
vào năm 1965. NASA đã tập trung đầu tư kinh phí cho trên 200 hợp đồng
nghiên cứu để hoàn thiện và khai thác pin nhiên liệu hydro cho chương trình
không gian.
Từ cuối năm 1980, pin nhiên liệu bắt đầu được mở rộng sang khu vực
dân dụng và được các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu đến ngày nay.
2.1.2 Đặc điểm chung của pin nhiên liệu
Ngày nay, nguồn điện di động được sử dụng phổ biến nhất là pin. Các
phản ứng điện hóa trong pin sẽ tạo thành năng lượng điện nhưng khi nguồn
nguyên liệu trong pin không còn thì các phản ứng này sẽ dừng lại và pin trở
thành phế thải. Ngược lại, pin nhiên liệu chuyển hóa năng lượng từ phản ứng
hóa học thành điện năng. Khi hệ thống được cung cấp nhiên liệu liên tục thì
Hydro
Khí thiên nhiên
Dầu mỏ
Than
NL Sinh khối
Nước

DOWNLOAD ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ NỘI DUNG
MÃ TÀI LIỆU: 50785
DOWNLOAD: + Link tải: Xem bình luận
Hoặc : + ZALO: 0932091562

Đề tài: Tổng hợp vật liệu Nano cấu trúc lõi - vỏ Platinum-Ruthenium cho xúc tác điện cực Pin nhiên liệu dùng Methanol trực tiếp

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (19)

Similar to Đề tài: Tổng hợp vật liệu Nano cấu trúc lõi - vỏ Platinum-Ruthenium cho xúc tác điện cực Pin nhiên liệu dùng Methanol trực tiếp

Similar to Đề tài: Tổng hợp vật liệu Nano cấu trúc lõi - vỏ Platinum-Ruthenium cho xúc tác điện cực Pin nhiên liệu dùng Methanol trực tiếp (20)

More from Dịch vụ viết thuê Khóa Luận - ZALO 0932091562

More from Dịch vụ viết thuê Khóa Luận - ZALO 0932091562 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (12)

Đề tài: Tổng hợp vật liệu Nano cấu trúc lõi - vỏ Platinum-Ruthenium cho xúc tác điện cực Pin nhiên liệu dùng Methanol trực tiếp