Luận án tiến sĩ: Chế tạo và khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ đến đặc tính pin nhiên liệu màng trao đổi proton - Giang Hồng Thái
Luận án tiến sĩ khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ đến đặc tính pin nhiên liệu màng trao đổi proton.
Luan An
Luận án tiến sỹ
Năm xuất bản
Số trang
149
Thời gian đọc
23 phút
Lượt xem
2
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Tổng quan cấu tạo pin nhiên liệu màng trao đổi proton
- Số trang:
- 149 trang
- Trường:
- Học viện Khoa học và Công nghệ
- Chuyên ngành:
- Kim loại học
- Tác giả:
- Giang Hồng Thái
- Năm:
- 2020
Tóm tắt nội dung luận án
I. Tổng quan cấu tạo pin nhiên liệu màng trao đổi proton
Pin nhiên liệu màng trao đổi proton PEM là thiết bị biến đổi trực tiếp hóa năng thành điện năng. Quá trình này không qua chu trình nhiệt Carnot. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng rất cao. Khí hydro sạch kết hợp với oxy tạo ra dòng điện và nước tinh khiết. Thiết bị không phát thải khí nhà kính độc hại. Cấu trúc cơ bản gồm nhiều tế bào đơn ghép nối tiếp. Mỗi pin đơn chứa các thành phần cốt lõi: màng điện phân polyme, hai lớp xúc tác và tấm phân phối khí. Công nghệ này đóng vai trò then chốt trong chuyển dịch năng lượng xanh. Ngành giao thông vận tải và năng lượng tái tạo ứng dụng rộng rãi giải pháp này.
1.1. Nguyên lý vận hành và phản ứng điện hóa
Phản ứng điện hóa diễn ra đồng thời tại hai điện cực. Khí hydro cấp vào cực anode bị oxy hóa thành các hạt proton và electron. Chất xúc tác hỗ trợ phân tách phân tử hydro nhanh chóng. Các hạt proton di chuyển xuyên qua chất điện phân polyme sang cực cathode. Trong khi đó, dòng electron đi qua mạch ngoài để sinh công điện có ích. Tại cực cathode, khí oxy phản ứng với proton và electron tạo thành phân tử nước. Phản ứng tổng thể giải phóng nhiệt lượng và nước sạch. Điện thế hở mạch lý thuyết đạt mức 1,23 V ở điều kiện tiêu chuẩn. Điện áp thực tế giảm do các tổn thất hoạt hóa, thuần trở và nồng độ. Hệ thống vận hành liên tục khi được cung cấp đủ nhiên liệu.
1.2. Cấu trúc màng trao đổi proton PEM và tấm lưỡng cực
Màng trao đổi proton PEM đóng vai trò là chất điện giải rắn ngăn cách hai buồng khí. Vật liệu này chỉ cho phép ion dương H+ đi qua. Màng ngăn hoàn toàn khí hydro và oxy tiếp xúc trực tiếp. Tấm lưỡng cực kẹp hai bên đóng vai trò dẫn dòng điện và phân phối dòng khí. Các kênh rãnh dẫn khí trên tấm cực được gia công chính xác. Cấu hình dòng chảy dạng song song, uốn khúc hoặc liên hợp đảm bảo phân bố khí đồng đều. Tấm cực chế tạo từ vật liệu graphit hoặc kim loại chống ăn mòn. Độ bền cơ học và tính dẫn điện của tấm cực quyết định tuổi thọ của hệ thống. Quá trình tản nhiệt và thoát nước phụ thuộc lớn vào thiết kế rãnh dẫn khí.
II. Vật liệu xúc tác cho pin nhiên liệu màng trao đổi proton
Vật liệu xúc tác quyết định tốc độ phản ứng điện hóa trong pin nhiên liệu PEMFC. Phản ứng khử oxy tại cathode diễn ra chậm hơn phản ứng oxy hóa hydro tại anode. Do đó, cathode cần lượng chất xúc tác lớn hơn để tăng tốc độ phản ứng. Xúc tác bạch kim Pt/C mang lại hoạt tính điện hóa vượt trội. Các hạt nano bạch kim phân tán đều trên chất mang cacbon dẫn điện. Kích thước hạt nano siêu nhỏ tối ưu hóa diện tích bề mặt hoạt động. Chi phí bạch kim chiếm tỷ trọng cao trong giá thành tổng thể của pin. Việc nghiên cứu giảm hàm lượng kim loại quý mà vẫn duy trì công suất là mục tiêu cấp thiết.
2.1. Đánh giá hoạt tính của xúc tác bạch kim Pt C
Xúc tác bạch kim Pt/C được đánh giá hoạt tính thông qua phương pháp quét thế vòng tuần hoàn CV. Phép đo cung cấp thông tin diện tích bề mặt điện hóa thực tế ECSA. Hoạt tính riêng và hoạt tính khối lượng phản ánh khả năng gia tốc phản ứng khử oxy ORR. Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM giúp quan sát kích thước hạt nano Pt. Phổ tán xạ năng lượng tia X EDX phân tích thành phần nguyên tố và độ tinh khiết. Hạt nano phân tán đồng đều ngăn hiện tượng kết tụ trong quá trình vận hành. Hoạt tính cao giúp giảm trở kháng truyền khối và nâng cao điện áp làm việc. Sự gắn kết chặt chẽ giữa nano kim loại và nền cacbon gia tăng độ ổn định điện hóa.
2.2. Đánh giá độ bền và suy giảm hoạt tính xúc tác
Độ bền vật liệu xúc tác được khảo sát qua các chu kỳ quét thế gia tốc AST. Hiện tượng hòa tan và tái kết tinh hạt bạch kim làm suy giảm diện tích bề mặt hữu hiệu. Nền cacbon bị ăn mòn điện hóa dưới điện thế cao và môi trường axit. Quá trình rửa trôi hạt xúc tác dẫn đến sụt giảm công suất nghiêm trọng. Việc biến tính chất mang cacbon giúp cải thiện liên kết với các hạt nano Pt. Sự ổn định cấu trúc mạng tinh thể ngăn chặn tình trạng suy giảm hoạt tính theo thời gian. Mẫu xúc tác chất lượng cao duy trì hoạt tính điện hóa ổn định sau hàng ngàn chu kỳ đo. Đây là tiêu chí then chốt để kéo dài tuổi thọ vận hành thực tế.
III. Quy trình chế tạo màng MEA cho pin nhiên liệu PEMFC
Tổ hợp màng điện cực MEA là trái tim trung tâm của pin nhiên liệu PEMFC. Cấu trúc MEA bao gồm màng điện giải nằm giữa hai lớp xúc tác và hai lớp khuếch tán khí. Hai phương pháp chế tạo MEA phổ biến là phủ xúc tác lên lớp khuếch tán CCS và phủ trực tiếp lên màng CCM. Phương pháp ép decal DTM giúp kiểm soát chính xác lượng hạt kim loại trên bề mặt. Mực xúc tác gồm bột Pt/C phân tán trong dung môi và dung dịch ionomer. Độ đồng đều của màng điện cực quyết định hiệu suất chuyển hóa năng lượng. Quy trình ép nhiệt phải đảm bảo tính liên kết chặt chẽ giữa các lớp vật liệu mà không làm rách màng điện giải.
3.1. Kỹ thuật chế tạo tổ hợp màng điện cực MEA
Quy trình chế tạo tổ hợp màng điện cực MEA bắt đầu bằng bước chuẩn bị mực xúc tác. Dung môi cồn và dung dịch dẫn ion được trộn cùng bột xúc tác qua bể siêu âm. Kỹ thuật phun phủ hoặc quét gạt phân bố đều mực lên bề mặt nền. Trong phương pháp decal DTM, lớp xúc tác được chuyển dịch từ màng nền PTFE sang màng polyme nhờ áp lực và nhiệt độ. Phương pháp này giảm thiểu sự thẩm thấu dung môi gây phồng rộp màng điện giải. Độ dày lớp xúc tác cần được kiểm soát chặt chẽ trong khoảng vài micromet. Bề mặt tiếp xúc ba pha giữa khí, xúc tác và ionomer hình thành hoàn hảo. Liên kết cơ học vững chắc hạn chế tối đa nguy cơ bong tróc trong chu trình làm việc.
3.2. Ảnh hưởng của lớp khuếch tán khí GDL và màng Nafion
Lớp khuếch tán khí GDL làm từ giấy than hoặc vải carbon xốp có phủ lớp vi mô MPL. Cấu trúc xốp tạo đường dẫn cho khí phản ứng tiếp cận lớp xúc tác đồng đều. GDL được xử lý kỵ nước bằng PTFE nhằm đẩy nước dư thừa ra ngoài, tránh ngập úng cực cathode. Màng Nafion đóng vai trò là màng trao đổi proton PEM tiêu chuẩn nhờ độ bền hóa học và độ dẫn proton vượt trội. Nhóm chức axit sulfonic trong màng tạo ra các kênh vận chuyển ion H+ linh hoạt. Hàm lượng ionomer Nafion trong lớp xúc tác cần tỷ lệ tối ưu khoảng 30%. Tỷ lệ phù hợp mở rộng mạng lưới dẫn ion mà không làm bít kín các lỗ xốp dẫn khí.
3.3. Tối ưu hóa thông số ép nhiệt trong quy trình MEA
Thông số ép nóng ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc vi mô và điện trở tiếp xúc của MEA. Nhiệt độ ép thường dao động gần điểm chuyển pha thủy tinh của màng Nafion, từ 130 đến 140 độ C. Lực ép cần được điều chỉnh ở mức thích hợp, thường từ 5 đến 15 MPa. Áp lực quá thấp khiến lớp xúc tác bám dính lỏng lẻo, làm tăng thuần trở nội. Áp lực quá lớn gây dập nát cấu trúc lỗ xốp của lớp khuếch tán khí GDL hoặc thủng màng điện phân. Thời gian ép duy trì từ 2 đến 5 phút để bảo toàn độ dẫn proton. Quá trình tối ưu hóa giúp màng MEA đạt độ bền cơ học cao và giảm thiểu điện trở tiếp xúc giữa các lớp.
IV. Đánh giá đặc tính pin nhiên liệu màng trao đổi proton
Khảo sát đặc tính điện hóa phản ánh chính xác chất lượng gia công và vật liệu của pin nhiên liệu PEMFC. Hệ thống thử nghiệm chuyên dụng kiểm soát lưu lượng khí, nhiệt độ buồng đo và tải điện. Các phép đo điện thế hở mạch OCV, tổng trở EIS và đường cong phân cực I-V được tiến hành tuần tự. Kết quả đo đạc cung cấp bức tranh toàn diện về các vùng sụt áp trong quá trình pin phóng điện. Đánh giá thực nghiệm giúp xác định điểm vận hành tối ưu của thiết bị. Dữ liệu đo đạc là cơ sở để hoàn thiện công nghệ chế tạo tổ hợp màng điện cực MEA.
4.1. Phân tích đường cong phân cực I V và tổng trở
Đường cong phân cực I-V là công cụ chuẩn mực để đánh giá hiệu năng pin nhiên liệu màng trao đổi proton. Đồ thị thể hiện sự suy giảm điện áp pin khi mật độ dòng điện gia tăng. Vùng dòng thấp phản ánh sự sụt áp do quá thế hoạt hóa tại các tâm xúc tác. Vùng dòng trung bình thể hiện sự sụt áp thuần trở Ohm do điện trở màng và tiếp xúc linh kiện. Vùng dòng cao bị chi phối bởi tổn thất truyền khối khi khí phản ứng không kịp khuếch tán. Phương pháp phổ tổng trở điện hóa EIS phân tách rõ ràng điện trở thuần trở và điện trở chuyển điện tích. Thông tin phổ trở kháng giúp định lượng chính xác độ dẫn proton của màng và các tổn hao tiếp xúc.
4.2. Mật độ công suất tối đa và mật độ dòng điện
Đặc tuyến công suất được suy ra trực tiếp từ tích số giữa điện áp và mật độ dòng điện. Điểm cực đại trên đồ thị xác định mật độ công suất tối đa của pin nhiên liệu PEMFC. Giá trị này phản ánh năng lực phát điện cao nhất của tổ hợp màng điện cực MEA trong điều kiện kiểm tra. Khi tăng nhiệt độ hoạt động lên 60 đến 70 độ C, mật độ dòng điện tăng đáng kể nhờ cải thiện động học phản ứng. Lưu lượng khí hydro và oxy dồi dào giúp duy trì mật độ dòng cao mà không gây sụt áp nồng độ sớm. Việc tối ưu hóa cấu trúc lớp xúc tác nâng cao mật độ công suất lên mức ấn tượng. Kết quả này chứng minh chất lượng chế tạo đáp ứng tiêu chuẩn pin thương mại.
V. Ứng dụng thực tế của pin nhiên liệu màng trao đổi proton
Pin nhiên liệu màng trao đổi proton PEM sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội trong ứng dụng thực tế. Thiết bị có mật độ năng lượng cao, thời gian nạp nhiên liệu nhanh và hoạt động êm ái. Khả năng khởi động nguội nhanh tại nhiệt độ thấp phù hợp cho phương tiện giao thông. Quá trình chế tạo thành công bộ pin quy mô công suất 100W mở ra tiềm năng thương mại hóa. Nguồn điện sạch này ứng dụng linh hoạt cho xe máy điện, thiết bị bay không người lái drone và nguồn điện dự phòng viễn thông. Xu hướng phát triển hydro xanh càng thúc đẩy nhu cầu chuyển giao công nghệ pin PEMFC vào đời sống.
5.1. Thiết kế và lắp ráp bộ pin PEMFC công suất 100W
Bộ pin nhiên liệu PEMFC công suất 100W được lắp ráp từ nhiều pin đơn ghép nối tiếp dạng stack. Tấm phân phối khí và tấm lưỡng cực graphit được phay rãnh dẫn khí với độ chính xác cao. Gioăng đệm silicon hoặc PTFE đảm bảo độ kín khít tuyệt đối, chống rò rỉ khí hydro. Lực siết bu lông quanh tấm ép đầu cuối được tính toán cân bằng để duy trì tiếp xúc điện đồng đều. Toàn bộ các tổ hợp màng điện cực MEA được kiểm tra trở kháng trước khi ghép khối. Bộ pin sau khi hoàn thiện đạt công suất phát điện ổn định trên 100W ở điều kiện chuẩn. Thiết kế khối pin nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, dễ dàng tích hợp vào các thiết bị di động.
5.2. Tối ưu hóa điều kiện vận hành nhiệt độ và độ ẩm
Điều kiện vận hành môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và công suất của bộ pin nhiên liệu PEMFC. Nhiệt độ khối pin thường được duy trì ổn định trong khoảng 60 đến 75 độ C bằng hệ thống quạt tản nhiệt. Độ ẩm dòng khí cấp vào đóng vai trò sống còn để duy trì độ ẩm cho màng Nafion. Màng bị khô sẽ làm giảm mạnh độ dẫn proton và tăng nhanh điện trở thuần trở. Ngược lại, độ ẩm quá cao gây ngập nước lỗ xốp lớp khuếch tán khí GDL, cản trở oxy tiếp cận xúc tác. Việc điều chỉnh lưu lượng, áp suất khí và nhiệt độ ẩm tạo ra sự cân bằng nước lý tưởng. Bộ pin đạt hiệu suất cao nhất và vận hành bền bỉ trong thời gian dài.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (149 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- GIANG HỒNG THÁI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LÊN ĐẶC TÍNH CỦA PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2020 luan an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- GIANG HỒNG THÁI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ LÊN ĐẶC TÍNH CỦA PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON Chuyên ngành: Kim loại học Mã số: 9440129 LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Phạm Thi San 2. Vũ Đình Lãm Hà Nội – 2020 luan an LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Phạm Thi San và GS.
Hầu hết các số liệu, kết quả nêu trong luận án được trích dẫn lại từ các báo cáo tại các Hội nghị khoa học, các bài báo được đăng trên tạp chí của tôi và nhóm nghiên cứu. Các số liệu, kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Giang Hồng Thái i luan an LỜI CẢM ƠN Tôi xin dành những lời cảm ơn đầu tiên và sâu sắc nhất gửi tới TS. Phạm Thi San và GS.
Các thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành bản luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn các đồng nghiệp tại phòng Ăn mòn và bảo vệ vật liệu và phòng Cảm biến và Thiết bị đo khí, Viện Khoa học vật liệu đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học vật liệu, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thiện luận án. Tôi xin chân thành cảm chương trình hợp tác KIMS – ASEAN, Viện Khoa học vật liệu Hàn Quốc, và đặc biệt cảm ơn sự giúp đỡ của Dr.
Lee Chang Rea trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng tôi xin dành tình cảm đặc biệt tới bố, mẹ, vợ, con gái và những người bạn của tôi luôn đồng hành, động viên, giúp đỡ tôi. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Giang Hồng Thái ii luan an MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU.
ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT. xi MỞ ĐẦU…. TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON. Giới thiệu sơ lược về pin nhiên liệu.
Phân loại pin nhiên liệu. Ứng dụng của pin nhiên liệu. Pin nhiên liệu màng trao đổi proton. Nguyên lý hoạt động.
Nhiệt động học trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton. Năng lượng tự do Gibbs. Công điện lý thuyết. Hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu.
Điện thế hở mạch của pin nhiên liệu. Cấu tạo của pin nhiên liệu. Điện cực màng. Các tấm lưỡng cực.
Các kênh dẫn khí. Các bộ phận khác. Bộ pin nhiên liệu PEMFC. Cấu hình kênh rãnh dẫn khí trong pin đơn.
Cấu hình cấp khí cho từng pin đơn trong bộ pin. Các thông số hoạt động của PEMFC. Nhiệt độ hoạt động. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hoạt động của bộ pin nhiên liệu.
Ảnh hưởng của lưu lượng và áp suất khí nhiên liệu đến hoạt động của pin nhiên liệu. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .44 Kết luận chương I .46 iii luan an Chương II. THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Hóa chất và vật liệu.
Quá trình thực nghiệm. Đánh giá vật liệu xúc tác Pt/C. Chế tạo điện cực màng MEA. Chế tạo điện cực màng bằng phương pháp CCS.
Ảnh hưởng của hàm lượng Nafion trong mực xúc tác tới tính chất MEA. Chế tạo điện cực màng bằng kỹ thuật DTM. Thiết kế, chế tạo bộ pin nhiên liệu PEMFC công suất ~100W. Thiết bị và dụng cụ.
Các phương pháp nghiên cứu. Các phương pháp đặc trưng vật lý. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua TEM.
Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX). Phương pháp đo đường cong phân cực U-I. Các phương pháp đo đạc các đặc trưng điện hóa. Phương pháp quét thế vòng tuần hoàn (CV).
Phương pháp phổ tổng trở điện hóa .55 Kết luận chương II .56 Chương III. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT ĐIỆN CỰC MEA. Đánh giá tính chất và lựa chọn vật liệu xúc tác Pt/C sử dụng trong pin nhiên liệu (PEMFC). Đánh giá tính chất điện hóa của các mẫu xúc tác Pt/C.
Đánh giá hoạt tính xúc tác của các mẫu Pt/C. Đánh giá độ bền của các mẫu xúc tác Pt/C. Đánh giá tính chất vật lý của vật liệu xúc tác Pt/C. Nghiên cứu chế tạo điện cực màng MEA bằng phương pháp phủ xúc tác lên trên lớp khuếch tán.
Ảnh hưởng của các thông số ép nóng lên đặc trưng tính chất của MEA 69 iv luan an 3. Ảnh hưởng của giá trị lực ép đến tính chất điện của các MEA. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ ép lên tính chất của MEA. Ảnh hưởng của hàm lượng nafion trong lớp xúc tác đến tính chất của điện cực màng MEA.
Quy trình thích hợp chế tạo điện màng MEA bằng phương pháp CCS. Nghiên cứu chế tạo điện cực màng bằng phương pháp đề can .91 Kết luận chương III .95 Chương IV. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ PIN NHIÊN LIỆU CÔNG SUẤT 100W. Nghiên cứu cấu hình kênh dẫn khí trên tấm lưỡng cực.
Thiết kế, chế tạo các bộ phận của bộ pin nhiên liệu PEMFC. Tính toán lựa chọn thiết kế cho bộ pin nhiên liệu PEMFC. Thiết kế và chế tạo các bộ phận của bộ pin nhiên liệu công suất 100 W. Thiết kế, chế tạo các tấm lưỡng cực.
Thiết kế, chế tạo các tấm thu điện, tấm vỏ pin và gioăng. Ảnh hưởng của điều kiện vận hành đến tính chất của pin nhiên liệu. Tính toán và thiết kế hệ thống phân phối khí nhiên liệu. Ảnh hưởng của lưu lượng khí nhiên liệu đến đặc trưng của pin nhiên liệu.
Ảnh hưởng của độ ẩm đến tính chất của pin nhiên liệu. Ảnh hưởng của nhiệt độ hoạt động. Đặc tính của bộ pin PEMFC 100 W hoàn chỉnh .115 Kết luận chương IV .119 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .120 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .121 TÀI LIỆU THAM KHẢO .122 PHỤ LỤC: Các bản vẽ thiết kế các chi tiết của pin nhiên liệu PEMFC v luan an DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Một số ứng dụng của pin nhiên liệu.
Nguyên lý hoạt động của PEMFC. Các quá trình xảy ra khi PEMFC vận hành. Cấu tạo của một PEMFC điển hình. Cấu tạo của điện cực màng trong PEMFC.
Cấu trúc phân tử của màng polymer Nafion. Cấu trúc của một lớp xúc tác trong PEMFC. Cấu hình của MEA với hai phương pháp chế tạo CCS (a), và CCM (b). Các phương pháp chế tạo MEA .Thiết bị ép nóng thủy lực.
Tấm lưỡng cực chế tạo bằng vật liệu graphit. Các loại vật liệu chế tạo tấm lưỡng cực trong pin nhiên liệu. Các kiểu định hướng ghép bộ pin nhiên liệu. Các cấu trúc làm mát cho bộ pin nhiên liệu.
Quá trình cân bằng lượng nước trong pin nhiên liệu. Quy trình chế tạo MEA bằng phương pháp phủ xúc tác lên lớp khuếch tán. Quy trình chế tạo MEA bằng phương pháp phủ xúc tác lên màng. Sơ đồ bố trí thử nghiệm pin nhiên liệu.
Đồ thị CV điển hình của mẫu xúc tác Pt/C trong dung dịch H2SO4 0,5M55 Hình 3. Cấu tạo của điện cực màng trong PEMFC. Đồ thị CV của vật liệu cacbon Vulcan-72 và các vật liệu xúc tác Pt/C của các hãng FE và JM trong dung dịch H2SO4 0,5M. Các cơ chế làm suy giảm độ bền của vật liệu xúc tác Pt/C.
Đồ thị CV đánh giá độ bền trong 1000 chu kỳ của mẫu xúc tác FE-30 trong dung dịch H2SO4 0,5M. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi giá trị ESA của các mẫu xúc tác khác nhau sau thử nghiệm độ bền 1000 chu kỳ.62 vi luan an Hình 3. Kết quả phân tích EDX của các mẫu xúc tác FE -20 (a) và 30 (b). Kết quả phân tích EDX của các mẫu xúc tác JM -20(a) và 40(b).
Ảnh TEM của vật liệu Cacbon Vulcan-72 với các độ phóng đại 40. Ảnh TEM với độ phóng đại 80.000 lần và đồ thị phân bố kích thước hạt của vật liệu xúc tác FE-20. Ảnh TEM với độ phóng đại 80.000 lần và đồ thị phân bố kích thước hạt của vật liệu xúc tác FE-30 .Ảnh TEM với độ phóng đại 80.000 lần và đồ thị phân bố kích thước hạt của vật liệu xúc tác JM-20. Ảnh TEM với độ phóng đại 80.000 lần và đồ thị phân bố kích thước hạt của vật liệu xúc tác JM-40.
Đồ thị đường cong phân cực U-I của các MEA chế tạo tại các giá trị lực ép khác nhau: 17, 19, 21, 24, và 28 kg/cm2. Đường cong phân cực lý tưởng của một pin nhiên liệu PEMFC. Đồ thị thay đổi giá trị mật độ công suất cực đại Pmax của các MEA chế tạo tại các giá trị lực ép khác nhau. Điện thế mạch hở ( OCV) của các điện cực màng MEA chế tạo tại các giá trị lực ép khác nhau:17, 19, 21, 24, 28 kg/cm2.
Đồ thị Nyquist của các MEA chế tạo bằng phương pháp ép nhiệt tại các giá trị lực ép 17, 19, 21, 24 và 28kg/cm2. Mô hình mạch tương đương của phổ EIS cho một pin nhiên liệu PEMFC. Ảnh chụp điển hình điện cực màng MEA chế tạo tại các lực ép khác nhau: a) 28 kg/cm2, b) 21 kg/cm2, c) 19 kg/cm2. Đồ thị thay đổi chiều dày của các MEA chế tạo tại các giá trị lực ép khác nhau: 17, 19, 21, 24, 28 kg/cm2.
Mô hình phản ứng xảy ra bên phần catot của điện cực màng MEA. Mô hình giải thích quá trình phản ứng trong điện cực màngMEA. Mô hìnhquá trình chế tạo mực xúc tác. Mô hình quá trình tạo lớp xúc tác lên trên lớp khuếch tán .81 vii luan an Hình 3.
Mô hình cấu trúc của MEA sau khi ép nóng.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Giang Hồng Thái (2020). Chế tạo và khảo sát pin nhiên liệu màng trao đổi proton [Luận án tiến sĩ, Học viện Khoa học và Công nghệ]. LuanAn.net. https://luanan.net/nang-luong-moi-truong/nang-luong-tai-tao/luan-an-che-tao-va-khao-sat-pin-nhien-lieu-mang-trao-doi-proton
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Chế tạo và khảo sát pin nhiên liệu màng trao đổi proton" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án tiến sĩ khảo sát ảnh hưởng thông số công nghệ đến đặc tính pin nhiên liệu màng trao đổi proton.
Luận án "Chế tạo và khảo sát pin nhiên liệu màng trao đổi proton" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Học viện Khoa học và Công nghệ. Năm bảo vệ: 2020.
Luận án "Chế tạo và khảo sát pin nhiên liệu màng trao đổi proton" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Chế tạo và khảo sát pin nhiên liệu màng trao đổi proton" thuộc chuyên ngành Kim loại học. Danh mục: Năng Lượng Tái Tạo.
Luận án "Chế tạo và khảo sát pin nhiên liệu màng trao đổi proton" có bao nhiêu trang?
Luận án "Chế tạo và khảo sát pin nhiên liệu màng trao đổi proton" có 149 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Chế tạo và khảo sát pin nhiên liệu màng trao đổi proton" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.