Pin nhiên liệu hydro là gì? Lịch sử hình thành và phát triển

Thứ Hai, 08/01/2024 - 09:46

Năm 1839, pin nhiên liệu đầu tiên được hình thành bởi Sir William Robert Grove, một thẩm phán, nhà phát minh và nhà vật lý người xứ Wales. Ông trộn hydro và oxy với sự có mặt của chất điện phân và tạo ra điện và nước. Phát minh, sau này được gọi là pin

Các giai đoạn đầu của pin nhiên liệu

Năm 1889, thuật ngữ “pin nhiên liệu” (“fuel cell”) lần đầu tiên được đặt ra bởi Ludwig Mond và Charles Langer, những người đã cố gắng xây dựng một pin nhiên liệu hoạt động bằng cách sử dụng không khí và khí than công nghiệp. Một nguồn tin khác nói rằng chính William White Jaques là người đầu tiên đặt ra thuật ngữ “fuel cell”. Jaques cũng là nhà nghiên cứu đầu tiên sử dụng axit photphoric trong bể điện phân.

Vào những năm 1920, nghiên cứu về pin nhiên liệu ở Đức đã mở đường cho sự phát triển của chu trình cacbonat và pin nhiên liệu oxit rắn ngày nay.

Năm 1932, kỹ sư Francis T Bacon bắt đầu nghiên cứu quan trọng của mình về các tế bào nhiên liệu. Các nhà thiết kế tế bào ban đầu đã sử dụng điện cực platin xốp và axit sulfuric làm bể điện phân. Việc sử dụng bạch kim rất tốn kém và sử dụng axit sulfuric có tính ăn mòn. Bacon đã cải tiến trên các chất xúc tác bạch kim đắt tiền với một tế bào hydro và oxy bằng cách sử dụng chất điện phân kiềm ít ăn mòn hơn và các điện cực niken rẻ tiền.

Bacon phải cần đến năm 1959 để hoàn thiện thiết kế của mình khi ông trình diễn một pin nhiên liệu 5 kilowatt có thể cung cấp năng lượng cho một máy hàn. Francis T. Bacon, hậu duệ trực tiếp của Francis Bacon nổi tiếng khác, đã đặt tên cho thiết kế pin nhiên liệu nổi tiếng của mình là “Bacon Cell”.

Francis Thomas Bacon là người đã phát triển pin nhiên liệu hydro thực tế đầu tiên

Pin nhiên liệu trong xe cộ

Vào tháng 10 năm 1959, Harry Karl Ihrig, một kỹ sư của Công ty Sản xuất Allis – Chalmers, đã trình diễn một chiếc máy kéo 20 mã lực là phương tiện đầu tiên chạy bằng pin nhiên liệu.

Vào đầu những năm 1960, General Electric đã sản xuất hệ thống điện dựa trên pin nhiên liệu cho các tàu vũ trụ Gemini và Apollo của NASA. General Electric đã sử dụng các nguyên tắc được tìm thấy trong “Bacon Cell” làm cơ sở cho thiết kế của mình. Ngày nay, điện của Tàu con thoi được cung cấp bởi các tế bào nhiên liệu, và các tế bào nhiên liệu tương tự cung cấp nước uống cho phi hành đoàn.

NASA quyết định rằng việc sử dụng các lò phản ứng hạt nhân có rủi ro quá cao và việc sử dụng pin hoặc năng lượng mặt trời là quá cồng kềnh để sử dụng trong các phương tiện vũ trụ. NASA đã tài trợ cho hơn 200 hợp đồng nghiên cứu khám phá công nghệ pin nhiên liệu, đưa công nghệ này lên cấp độ khả thi cho khu vực tư nhân.

Chiếc xe buýt đầu tiên chạy bằng pin nhiên liệu được hoàn thành vào năm 1993, và một số chiếc xe chạy bằng pin nhiên liệu hiện đang được chế tạo ở Châu Âu và Hoa Kỳ. Daimler-Benz và Toyota ra mắt nguyên mẫu ô tô chạy bằng pin nhiên liệu vào năm 1997. Năm 2015, Toyota ra mắt Mirai là xe thương mại đầu tiên chạy hoàn toàn bằng nhiên liệu hydro.

Pin nhiên liệu là nguồn năng lượng vượt trội

Có thể câu trả lời cho “Có gì tuyệt vời về pin nhiên liệu?” nên là câu hỏi “Ô nhiễm, thay đổi khí hậu hoặc cạn kiệt dầu, khí đốt tự nhiên và than đá có gì lớn?” Khi chúng ta bước vào thiên niên kỷ tiếp theo, đã đến lúc đặt năng lượng tái tạo và công nghệ thân thiện với hành tinh lên hàng đầu trong các ưu tiên của chúng ta.

Pin nhiên liệu đã có hơn 150 năm và cung cấp một nguồn năng lượng vô tận, an toàn với môi trường và luôn sẵn sàng. Vậy tại sao chúng không được sử dụng ở khắp mọi nơi? Cho đến gần đây, đó là vì chi phí. Các tế bào pin quá đắt để sản xuất. Điều đó bây giờ đã thay đổi.

Tại Hoa Kỳ, một số đạo luật đã thúc đẩy sự bùng nổ hiện nay trong phát triển pin nhiên liệu hydro: cụ thể là Đạo luật Tương lai Hydro của Quốc hội năm 1996 và một số luật của tiểu bang khuyến khích mức phát thải bằng không đối với ô tô. Trên toàn thế giới, các loại pin nhiên liệu khác nhau đã được phát triển với sự tài trợ rộng rãi của công chúng. Chỉ riêng Hoa Kỳ đã đầu tư hơn một tỷ đô la vào nghiên cứu pin nhiên liệu trong ba mươi năm qua.

Năm 1998, Iceland công bố kế hoạch tạo ra nền kinh tế hydro với sự hợp tác của nhà sản xuất ô tô Đức Daimler-Benz và nhà phát triển pin nhiên liệu Canada Ballard Power Systems. Kế hoạch 10 năm sẽ chuyển đổi tất cả các phương tiện vận tải, bao gồm cả đội tàu đánh cá của Iceland, sang các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu. Vào tháng 3 năm 1999, Iceland, Shell Oil, Daimler Chrysler và Norsk Hydro thành lập một công ty để phát triển hơn nữa nền kinh tế hydro của Iceland.

Vào tháng 2 năm 1999, trạm nhiên liệu hydro thương mại công cộng đầu tiên của châu Âu dành cho ô tô và xe tải được mở cửa hoạt động tại Hamburg, Đức. Vào tháng 4 năm 1999, Daimler Chrysler cho ra mắt chiếc xe chạy bằng hydro lỏng NECAR 4. Với tốc độ tối đa 90 dặm/giờ và sức chứa bình 280 dặm, chiếc xe đã khiến báo giới phải thán phục. Công ty có kế hoạch sản xuất giới hạn xe chạy bằng pin nhiên liệu vào năm 2004. Vào thời điểm đó, Daimler Chrysler sẽ chi thêm 1,4 tỷ USD cho việc phát triển công nghệ pin nhiên liệu.

Vào tháng 8 năm 1999, các nhà vật lý Singapore đã công bố một phương pháp lưu trữ hydro mới của các ống nano carbon pha tạp chất kiềm nhằm tăng khả năng lưu trữ và an toàn hydro. Một công ty Đài Loan, San Yang, đang phát triển chiếc xe máy chạy bằng pin nhiên liệu đầu tiên.

Tương lai của pin nhiên liệu hydro

Vẫn còn nhiều vấn đề với động cơ và hệ thống truyền động điện chạy bằng nhiên liệu hydro. Các vấn đề về vận chuyển, bảo quản và an toàn cần được giải quyết. Greenpeace đã thúc đẩy sự phát triển của pin nhiên liệu hoạt động bằng hydro được sản xuất tái sinh. Các nhà sản xuất ô tô châu Âu cho đến nay đã bỏ qua dự án của Tổ chức Hòa bình Xanh cho một chiếc xe siêu tiết kiệm chỉ tiêu thụ 3 lít xăng/100 km.

Với quãng đường di chuyển ngắn, BEV sẽ phát huy hiệu quả tối ưu nhất. Những dòng xe phù hợp là xe cá nhân, xe cỡ nhỏ hoặc xe mini dùng trong đô thị. Với quãng đường di chuyển trung bình từ trung tâm thành phố sang khu vực ngoại thành, hoặc giữa các tỉnh lân cận, việc sử dụng xe HEV hoặc PHEV sẽ hiệu quả hơn. Với quãng đường di chuyển dài giữa các vùng miền, trong tương lai, FCEV sẽ có lợi thế rất lớn do không phụ thuộc vào nhiên liệu hoặc nguồn điện. Những dòng xe phù hợp với FCEV là xe cá nhân, xe tải, xe khách, xe buýt.

Mặc dù vậy, con đường tiến đến thương mại hóa công nghệ này thành một loại xe “xanh” lại đầy chông gai, thậm chí là “đẫm máu”. Bởi lẽ, công nghệ này nếu thành công sẽ làm lung lay lợi nhuận của ngành ô tô dùng động cơ đốt trong truyền thống, đặc biệt là các công ty dầu mỏ.

Chia sẻ

Tin cũ hơn

Vòng tua máy là gì? Chỉ số vòng tua máy lý tưởng để xe hoạt động là bao nhiêu?

Nhắc đến vòng tua máy là nhắc đến động cơ và khả năng vận hành của xe ô tô. Trong đó, vòng tua máy là nguyên tố quyết định chiếc xe đó mạnh hay yếu, vậy vòng tua máy là gì, vòng tua máy như thế nào thì xe mạnh và ngược lại?

Các đời xe Hyundai Accent: lịch sử hình thành, các thế hệ trên thế giới và Việt Nam

Hyundai Accent hay còn có tên gọi khác là Hyundai Verna là một chiếc xe sedan cỡ nhỏ do Hyundai sản xuất được ra mắt lần đầu tiên vào năm 1994. Trải qua 6 thế hệ nâng cấp và phát triển, Hyundai Accent hiện tại chính là một trong những dòng xe chủ lực của Hyundai Motor.

Thông số kỹ thuật Mazda BT-50 2024: Thay đổi khung gầm, nâng cấp tính năng

Thông tin tổng hợp về thông số kỹ thuật của mẫu xe Mazda BT-50 2024, bao gồm: kích thước, thiết kế, tính năng và đánh giá về động cơ vận hành

Cảm biến áp suất lốp là gì? Có nên sử dụng cho xe ô tô?

Bốn bánh xe ô tô chịu trách nhiệm đảm bảo an toàn cho những hành khách trên xe, để xe có thể vận hành êm ái thì áp suất lốp phải đúng theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất, để bơm một lượng hơi vừa đủ theo cảm giác là không thể và lúc này cảm biến áp suất ô tô là vật dụng cần thiết để bạn có thể đo đạc được áp suất lốp xe ô tô.

Những điểm khác biệt giữa vô lăng xe đua và xe phổ thông

Vô-lăng xe đua F1 có hình dạng khác biệt so với vô-lăng thường để tiết kiệm diện tích cũng như giúp tay đua dễ dàng điều khiển, sử dụng các nút bấm.

Có thể bạn quan tâm

  • Hệ thống cảnh báo lệch làn đường (LDWS)
    Hệ thống cảnh báo lệch làn đường (LDWS)
    Hệ thống cảnh báo lệch làn đường là một tính năng an toàn hữu ích trên hầu hết xe hơi đời mới. Hệ thống này sử dụng bộ cảm biến và camera để phát hiện khi xe di chuyển ra khỏi làn đường mà không có bất kỳ tín hiệu nào thông báo cho các phương tiện khác về sự thay đổi hướng đi và cảnh báo tài xế.
  • Mitsubishi Triton: lịch sử hình thành, các thế hệ trên Thế Giới và Việt Nam
    Mitsubishi Triton: lịch sử hình thành, các thế hệ trên Thế Giới và Việt Nam
    Mitsubishi Triton là mẫu xe bán tải được sản xuất vào năm 1978 bởi công ty Mitsubishi Motors Nhật Bản. Xe được ra mắt với 3 phiên bản: Single Cab, Clab Cab và Double Cab. Từ khi ra đời cho đến nay, Mitsubishi Triton đã có 5 thế hệ được ra mắt trên thị trường và luôn là dòng xe đem lại lượng khách hàng lớn cho phân khúc xe bán tải.
  • Độ bền hộp số sàn những yếu tố ảnh hưởng và cách bảo dưỡng
    Độ bền hộp số sàn những yếu tố ảnh hưởng và cách bảo dưỡng
    Thời gian hoạt động tối ưu của hộp số sàn có thể kéo dài lên đến 200.000 km, trước khi cần kiểm tra và sửa chữa các bộ phận đáng kể. Lái xe ẩu và việc không chú ý thay thế phụ tùng có thể tác động xấu đến tuổi thọ của hộp số.
  • Hiệu suất thể tích của động cơ đốt trong
    Hiệu suất thể tích của động cơ đốt trong
    Đối với động cơ đốt trong, quá trình cháy phụ thuộc vào lượng không nhiêu liệu bên trong xi-lanh. Càng có nhiều không khí vào bên trong buồng đốt, chúng ta càng đốt cháy nhiều nhiên liệu, mô-men xoắn và công suất động cơ đầu ra càng cao.
  • Ý nghĩa của thông số momen xoắn động cơ là gì
    Ý nghĩa của thông số momen xoắn động cơ là gì
    Momen xoắn đặc trưng cho khả năng chịu tải tức thời của động cơ. Mô-men xoắn càng cao, xe càng "bốc" và kéo khỏe nhưng không đạt được vận tốc cao. Đa số các xe địa hình, máy kéo, xe lu được thiết kế để có mô-men xoắn lớn.