18.3.19
Một số tiêu chí để phân loại pin nhiên liệu:

  • Phân loại theo nhiệt độ hoạt động
  • Phân theo loại các chất tham gia phản ứng
  • Phân loại theo điện cực
  • Phân theo loại chất điện giải. Đây là cách phân loại thông dụng ngày nay. Với các
  • loại pin như sau:

1. Pin nhiên liệu dùng màng polymer rắn làm chất điện giải (PEMFC)
PEMFC sử dụng màng polymer rắn làm chất điện giải nên giảm sự ăn mòn và dễ bảo dưỡng. Nhiệt độ hoạt động 500C- 800C. Loại pin này được sản xuất nhiều nhất để sử dụng cho các phương tiện vận tải vì công suất lớn, nhiệt độ vận hành thấp và ổn định. Tuy nhiên, sản phẩm tham gia phản ứng phải có độ tinh khiết cao.
Hình 1- Pin nhiên liệu dùng màng polymer rắn làm chất điện giải

2. Pin nhiên liệu dùng axit phosphoric (PAFC)
Loại pin nhiên liệu này dùng acid phosphoric, có rất nhiều hứa hẹn sẽ thành công trong thị trường nhỏ như máy phát điện tư nhân. Loại này chỉ hoạt động với nhiệt độ 1500C- 2000C cao hơn PEMFC cho nên phải tốn nhiều thời gian hâm nóng. Vì vậy, nó sử dụng nhiều nhiên liệu hơn và không thể đưa vào thị trường xe ô tô.

Hình 2 - Pin nhiên liệu dùng acid phosphoric

3. Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC)
Năng suất SOFC tương đối cao, có thể sử dụng hơi nước với sức ép cao nạp vào turbin sản xuất thêm điện năng. SOFC không bị nhiễm độc bởi CO do không sử dụng chất xúc tác Pt. Ở nhiệt độ cao, quá trình tách hydro ra khỏi nhiên liệu xảy ra dễ dàng. Yêu cầu về sự tinh khiết đối với nhiên liệu thấp. Loại pin nhiên liệu này rất thích hợp cho những công nghệ lớn như nhà máy phát điện.

Hình 3 - Pin nhiên liệu oxit rắn

Tuy nhiên, việc thiết kế pin phức tạp, yêu cầu bảo dưỡng nhiều hơn. Hoạt động ở nhiệt độ quá cao khoảng 7000C- 1000 độ C nên độ tin cậy trong suốt quá trình này không được đảm bảo. Vì lý do an toàn mà SOFC không thể đưa vào thị trường.

4. Pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy (MCFC)
Loại pin nhiên liệu này cũng giống như SOFC, chỉ hoạt động ở nhiệt độ cao, khoảng 6000C – 6500C. MCFC thích hợp cho công nghệ lớn như nhà máy phát điện, sử dụng hơi nước để chạy turbin. Với tầm hoạt động trong nhiệt độ tương đối thấp, MCFC sử dụng ít chất liệu hóa học khác lạ và giá thiết kế thấp hơn SOFC.

Tuy nhiên, tính bền của pin không cao. Pin hoạt động ở nhiệt độ cao nên dễ bị ăn mòn và sự đánh thủng các thành phần nhanh dần.

Hình 4 - Pin nhiên liệu carbonat nóng chảy

5. Pin nhiên liệu kiềm (AFC)
Đây là loại pin nhiên liệu sử dụng chất điện giải là kiềm được dùng trong chương trình Không Gian Hoa Kỳ (NASA) từ năm 1960. Năng suất của AFC sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều nếu ô nhiễm. Do đó, AFC cần phải có hydro và oxy tinh khiết. Nhiệt độ hoạt động 600C – 900C. Ngoài ra, thiết kế loại pin này rất tốn kém cho nên không thể nào tung ra thị trường cạnh tranh với các loại pin nhiên liệu khác. Hiệu suất pin cao.
Hình 5 - Pin nhiên liệu kiềm

6. Pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp
DMFC sử dụng nhiên liệu là methanol, hoạt động ở nhiệt độ 300C – 1300C, không đòi hỏi một bộ chuyển đổi nhiên liệu bên ngoài. DMFC có hiện tượng methanol bị thấm qua màng nên hiệu suất bị giảm. Bao gồm hai loại: pin nhiên liệu kiềm và pin nhiên liệu acid.

Hình 6- Pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp

- Pin nhiên liệu kiềm: CO2 được giữ lại bởi chất điện giải ăn da (như KOH, NaOH) tạo thành carbonate trung tính. Không cần nhiều chất xúc tác kim loại quí.
- Pin nhiên liệu acid: CO2 được rút hết ra ngoài. Chất điện giải vẫn không đổi nếu thực hiện việc quản lý nước phù hợp.

Nguồn: Chuyên đề: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PIN NHIÊN LIỆU – TRIỂN VỌNG XU HƯỚNG NHIÊN LIỆU SẠCH VÀ XANH, : Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ TP. HCM