Trao đổi tế bào nhiên liệu qua mạng lọc

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Trao Đổi Hat Nhân, PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell): Còn được gọi là PEM Fuel cell. Chúng ta sẽ đi sâu vào loại này hơn vì hiện nay nó rất thông dụng trong kỹ nghệ fuel cell. Tôi có cái may mắn được làm với loại này nhiều hơn,do đó tôi biết PEM fuel cell nhiều hơn những loại khác.

Fuel Cell trao đổi hạt nhân (proton) sử dụng một trong những phản ứng đơn giản nhất của bất kỳ loại fuel cell nào. Trước hết, để có một cái nhìn tổng quát những bộ phận chính của fuel cell:

• Cực dương, có vài công việc chính: hướng dẩn những điện tử tách ra từ phân tử hydro để được sử dụng cho mạch điện bên ngoài. Nó có những đường gạch rất nhỏ, rất đều đặng để khí hydrogen được phân hóa đều trên mặt bằng khi gặp chất xúc tác (catalyst).

• Cực âm, trên mặt cũng có những đường gạch như cực dương, có bổn phận hướng dẩn khí oxy tới mặt của chất xúc tác. Đồng thời nó cũng hướng dẩn những điện tử sau khi phản ứng từ mạch điện ngoài, nhập lại với ion hydro và oxy tạo ra nước tinh khiết.

• MEA, Membrane Exchane Agent, hay tạm dịch là mạng tác nhân hóa học: là một vật liệu rất quan trọng cho quá trình phản ứng hóa học trong fuel cell, nhìn giống như miếng plastic gói thức ăn trong bếp, nhưng đặc biệt là có khả năng nạp ions và ngăn chặn điện tử (electrons).

• Chất xúc tác (catalyst): một chất hóa học đặc biệt làm cho phản ứng của oxy và hydro xãy ra dể dàng hơn. Đặc biệt của nó là làm thay đổi trạng thái hóa học của hydrogen và oxygen nhưng không bao giờ tự thay đổi. Chất nầy rất mắc tiền, làm bằng bột bạch kim (platinum), phủ rất mõng lên giấy than, hoặc vãi than, rất nhám và rỗ với những lỗ rất nhỏ. Mặt nhám tiếp xúc với khí hydro và oxy, mặt phẵng mềm tiếp xúc với mạng tác nhân hóa học.

Quy trình sản xuất của PEM fuel cell:

• Hydrogen (H2) được đẩy vào cực dương, xuyên qua chất xúc tác bởi sức ép, H2 phân ra thành hai H+, ions và hai điện tử (electron,E-). Điện tử (E-) được dẩn qua cực dương, xuyên qua mạch điện ngoài tạo ra dòng diện và trở lại cực âm của fuel cell.

• Cùng một lúc, oxygen (O) vào cực âm bằng sức ép xuyên qua chất xúc tác tạo ra hai oxygen nguyên tử (atoms). Mỗi một nguyên tử có sức mạnh thu hút hai H+ ions xuyên qua mạng tác nhân, kết hợp nhau thành một phân tử nước (H2O).

• Trong quá trình tái tạo phân tử nước sinh ra nhiệt và dòng điện khoảng 0.7V. Để đưa dòng điện đến mức hữu dụng, nhiều fuel cells được kết hợp với nhau thành một chùm fuel cells (Stack). PEM Fuel Cell hoạt động với nhiệt độ rất thấp so với những loại fuel cell khác (khoảng 176° F, hay 80° C), cho nên PEM Fuel Cell hâm nóng (warm-up) rất nhanh chóng và không đòi hỏi nhiều cấu trúc mắc tiền. Với những cãi tiến liên tục trong kỹ thuật và chế tạo nguyên liệu, fuel cell đã tiến bộ rất nhiều so với những năm đầu khi còn sơ khai.