Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương V: Pin nhiên liệu - Trần Công Binh

NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 1
0
Bài giảng:
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
ĐH BÁCH KHOA TP.HCM
Giảng viên: ThS. Trần Công Binh
5/2012
Năng lượng tái tạo 1
C5: PIN NHIÊN LIỆU
1. Giới thiệu tích trữ năng lượng dùng pin nhiên liệu
2. Bộ điện phân - Electrolyser
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
5. Ứng dụng pin nhiên liệu
6. Phân tích pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 2
Năng lượng tái tạo 2
1. Giới thiệu pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 3
1. Giới thiệu pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 3
Năng lượng tái tạo 4
– Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu
1. Giới thiệu pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 5
– Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu
1. Giới thiệu pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 4
Năng lượng tái tạo 6
2. Bộ điện phân – Electrolyser
Năng lượng tái tạo 7
2. Bộ điện phân – Electrolyser
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 5
Năng lượng tái tạo 8
– Bộ điện phân – Electrolyser
Membrane 
- +
Électrolyte solide
Cathode Anode
H2O
2. Bộ điện phân – Electrolyser
Năng lượng tái tạo 9
H
H
O
e-
e-
2. Bộ điện phân – Electrolyser
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 6
Năng lượng tái tạo 10
H
H
O
e-
e-
2. Bộ điện phân – Electrolyser
Năng lượng tái tạo 11
H
H
O2-
2. Bộ điện phân – Electrolyser
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 7
Năng lượng tái tạo 12
H
H
O2-
2. Bộ điện phân – Electrolyser
Năng lượng tái tạo 13
Membrane 
- +
E
H2O
H2
H2O + 2e
-

 O2- + H2
H
H
O2-
H
H
O
Électrolyte solide
Cathode Anode
2. Bộ điện phân – Electrolyser
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 8
Năng lượng tái tạo 14
Membrane 
- +
O 2 -
Électrolyte solide
Cathode Anode
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
O 2 -
2. Bộ điện phân – Electrolyser
Năng lượng tái tạo 15
O2-
O2-
2. Bộ điện phân – Electrolyser
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 9
Năng lượng tái tạo 16
O
e-
e-
O
e-
e-
2. Bộ điện phân – Electrolyser
Năng lượng tái tạo 17
O
O
e-
e-
e-
e-
2. Bộ điện phân – Electrolyser
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 10
Năng lượng tái tạo 18
O
O
2. Bộ điện phân – Electrolyser
Năng lượng tái tạo 19
O
O
2. Bộ điện phân – Electrolyser
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 11
Năng lượng tái tạo 20
2 O2- 
O2 + 4e
-
- +
E O2
Cathode Anode
O2-
O2-
O
O
Électrolyte solide
2. Bộ điện phân – Electrolyser
Năng lượng tái tạo 21
O2- 
½ O2 + 2e
-
Membrane 
- +
E
O2-
½ O2
H2O
H2
Cathode Anode
H2O + 2e
-

 O2- + H2
Électrolyte solide
2. Bộ điện phân – Electrolyser
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 12
Năng lượng tái tạo 22
2. Bộ điện phân – Electrolyser
Năng lượng tái tạo 23
2. Bộ điện phân – Electrolyser
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 13
Năng lượng tái tạo 24
Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
Năng lượng tái tạo 25
Hoạt động của Pin nhiên liệu
Pin nhiên liệu tổng hợp Hydro và Oxy thành nước,
trong quá trình đó sinh ra dòng điện cung cấp cho các thiết bị điện hoạt động
2H2 + O2 = 2H2O
−
+
+
→ 2e2HH 2 O22H2O4e4H →+
−
+
+
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 14
Năng lượng tái tạo 26
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
Năng lượng tái tạo 27
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 15
Năng lượng tái tạo 28
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
Năng lượng tái tạo 29
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 16
Năng lượng tái tạo 30
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
Năng lượng tái tạo 31
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 17
Năng lượng tái tạo 32
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
Năng lượng tái tạo 33
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 18
Năng lượng tái tạo 34
Pin nhiên liệu – PEMFC
Er = 1.23 V
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell
Năng lượng tái tạo 35
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 19
Năng lượng tái tạo 36
Electric Energy 
(Solar, )
Flux vector
Hydrogen 
for energy
Stock vector
Electrolyser
I (A)
V (volt)
210,5 1,5
I (A)
Fuel cell
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 37
Bộ điện phân – Electrolyser
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 20
Năng lượng tái tạo 38
Pin nhiên liệu – Fuel cell
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 39
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 21
Năng lượng tái tạo 40
– H2 /O2

 H2 /không khí
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 41
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 22
Năng lượng tái tạo 42
Thí nghiệm Pin nhiện liệu
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 43
Thí nghiệm Pin nhiện liệu tại GPL
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 23
Năng lượng tái tạo 44
Thí nghiệm Pin nhiện liệu
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 45
Thí nghiệm Pin nhiện liệu
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 24
Năng lượng tái tạo 46
Sinh viên làm LVTN dùng Bộ điện phân
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 47
Mô hình mạch nạp cho bộ điện phân.
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 25
Năng lượng tái tạo 48
5. Ứng dụng pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 49
5. Ứng dụng pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 26
Năng lượng tái tạo 50
Honda
FCX
Daiamler B-Class 
(2010)
GM
Equinox
5. Ứng dụng pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 51
Pin nhiên liệu
Sạc điện từ lưới 
điện cố định
Xe điện
5. Ứng dụng pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 27
Năng lượng tái tạo 52
Pin nhiên liệu
Sạc điện từ pin mặt trời 
ngay lúc đang chạy
Xe điện lai
Bộ quản lý 
năng lượng
5. Ứng dụng pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 53
1. Nguyên lý hoạt động
2. Enthalpy
3. Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu
4. Gibbs Free Energy và Hiệu suất thực pin nhiên liệu
5. Pin nhiên liệu lý tưởng 
6. Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế
7. Các loại pin nhiên liệu
8. Sản xuất hydrogen
6. Phân tích pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 28
Năng lượng tái tạo 54
Nguyên lý hoạt động
Năng lượng tái tạo 55
Enthalpy
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 29
Năng lượng tái tạo 56
Enthalpy
Enthalpy của một hợp chất là lượng năng lượng cần để kết 
hợp các nguyên tố thành hợp chất.
Với U là nội năng của hợp chất
Năng lượng tái tạo 57
Enthalpy
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 30
Năng lượng tái tạo 58
Enthalpy
Năng lượng tái tạo 59
Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu
Enthalpy: lượng năng lượng cung cấp cho phản ứng. 
Entropy: thường gia tăng khi có phản ứng.
Entropy:
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 31
Năng lượng tái tạo 60
Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 61
Gibbs Free Energy và Hiệu suất thực tế pin nhiên liệu
Free energry:
Hiệu suất:
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 32
Năng lượng tái tạo 62
Pin nhiên liệu lý tưởng
Năng lượng tái tạo 63
Pin nhiên liệu lý tưởng
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 33
Năng lượng tái tạo 64
Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế
Năng lượng tái tạo 65
Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 34
Năng lượng tái tạo 66
Các loại pin nhiên liệu
1. Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC)
2. Direct Methanol Fuel Cells (DMFC)
3. Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC)
4. Alkaline Fuel Cells (AFC)
5. Molten-Carbonate Fuel Cells (MCFC)
6. Solid Oxide Fuel Cells (SOFC)
Năng lượng tái tạo 67
Các loại pin nhiên liệu
Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC)
Direct Methanol Fuel Cells (DMFC)
Eff ≈ 45%
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 35
Năng lượng tái tạo 68
Các loại pin nhiên liệu
Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC)
Alkaline Fuel Cells (AFC)
Năng lượng tái tạo 69
Các loại pin nhiên liệu
Molten-Carbonate Fuel Cells (MCFC)
Solid Oxide Fuel Cells (SOFC)
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 36
Năng lượng tái tạo 70
Các loại pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 71
Các loại pin nhiên liệu
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 37
Năng lượng tái tạo 72
Các loại pin nhiên liệu
Năng lượng tái tạo 73
Sản xuất hydrogen
1. Methane Steam Reforming (MSR)
2. Partial Oxidation (POX)
3. Gasification of Biomass, Coal, or Wastes
4. Electrolysis of Water
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 38
Năng lượng tái tạo 74
Sản xuất hydrogen
Methane Steam Reforming (MSR)
Partial Oxidation (POX)
Gasification of Biomass, Coal, or Wastes
Electrolysis of Water
Năng lượng tái tạo 75
Sản xuất hydrogen
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 39
Năng lượng tái tạo 76
Sản xuất hydrogen
Năng lượng tái tạo 77
Bài tập
NLTT Trần Công Binh
ĐH Bách Khoa TP.HCM 40
Năng lượng tái tạo 78
Bài tập
79
TB
Trần Công Binh
GV ĐH Bách Khoa TP.HCM
Phone: 0908 468 100
Email: tcbinh@hcmut.edu.vn
binhtc@yahoo.com
Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh