YOMEDIA
Hydrogen & Pin nhiên liệu (Lưu chứa hydrogen)
Chia sẻ: Nguyen Phuonganh
| Ngày:
| Loại File: PDF
| Số trang:10
236
lượt xem
38
download
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
Lưu chứa hydrogen Với vai trò “chuyên chở” năng lượng (energy carrier) hơn là một nguồn năng lượng cơ bản, giống như điện năng, hydrogen giúp cho việc phân phối, sử dụng năng lượng được thuận tiện. Thêm vào đó, khác với điện năng, hydrogen còn có thể lưu trữ được lâu dài. Về cơ bản có ba phương thức lưu trữ hydrogen như sau:
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Hydrogen & Pin nhiên liệu (Lưu chứa hydrogen)
- Hydrogen & Pin nhiên liệu
(Lưu chứa hydrogen)
15.3. Lưu chứa hydrogen
Với vai trò “chuyên chở” năng lượng (energy
carrier) hơn là một nguồn năng lượng cơ bản,
giống như điện năng, hydrogen giúp cho việc
phân phối, sử dụng năng lượng được thuận
tiện. Thêm vào đó, khác với điện năng,
hydrogen còn có thể lưu trữ được lâu dài. Về cơ
bản có ba phương thức lưu trữ hydrogen như
sau:
- (i) Lưu chứa hydrogen trong các bình khí nén áp
suất cao.
(ii) Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí hóa lỏng.
(iii) Lưu chứa hydrogen trong hợp chất khác
(hấp thụ hóa học, hấp phụ trong hợp chất khác
như với các hyđrua kim loại hay ống carbon
nano rỗng).
15.3.1. Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí
nén
Hydrogen có thể được nén trong các bình chứa
với áp suất cao. Các loại bình chứa khác nhau
về cấu trúc tùy theo dạng ứng dụng đòi hỏi mức
áp suất như thế nào. Phần lớn các bình ứng
dụng tĩnh có mức áp suất thấp hơn. Trong khi
đó, yêu cầu cho các ứng dụng di động lại khá
khác biệt bởi sự hạn chế về không gian lưu trữ.
Đối với các ứng dụng này, áp suất trong bình
- được tăng lên đến 700 bar để chứa được càng
nhiều hydrogen càng tốt trong một không gian
giới hạn.
Các bình áp suất chứa khí nén thường làm
bằng thép nên rất nặng. Các bình áp suất hiện
đại được làm từ những vật liệu composite và
nhẹ hơn nhiều.
15.3.2. Lưu chứa hydrogen dưới dạng khí
hóa lỏng
Hydrogen chỉ tồn tại ở thể lỏng dưới nhiệt độ
cực lạnh, 200K hay âm 2350C. Nén, làm lạnh
(hóa lỏng) hydrogen tiêu tốn khá nhiều năng
lượng, do đó tổn thất năng lượng hao hụt đến
khoảng 30% khi dùng phương pháp này. Tuy
nhiên, ưu điểm của việc lưu trữ hydrogen dưới
dạng lỏng là tốn ít không gian nhất, do hydrogen
có tỉ trọng năng lượng theo thể tích cao nhất khi
hóa lỏng. Vì thế mà cách này đặc biệt thích hợp
- với các ứng dụng di động như các phương tiện
giao thông. Hiện tại người ta đã sản xuất được
những robot tự động để “tiếp” nhiên liệu (re-
fuelling). Với các dạng lưu trữ tĩnh, cách thức
này chỉ được dùng khi hydrogen thực sự cần
thiết phải ở dạng lỏng, ví dụ như trong các trạm
nhiên liệu hay khi cần vận chuyển hydrogen
đường dài (bằng tàu biển chẳng hạn). Ngoài ra,
với tất cả các ứng dụng khác ta nên tránh dùng
cách lưu trữ này bởi sự tiêu tốn khá nhiều năng
lượng cần để hóa lỏng.
15.3.3. Lưu chứa hydrogen nhờ hấp thụ hóa
học
Hydrogen có thể được giữ trong nhiều hợp chất
nhờ liên kết hóa học. Và khi cần thiết, phản ứng
hóa học sẽ xảy ra để giải phóng chúng, sau đó
hydrogen được thu thập và đưa vào sử dụng
trong pin nhiên liệu. Các phản ứng hóa học thay
- đổi tủy theo hợp chất dùng để lưu trữ hydrogen.
Ví dụ như: với NH3BH3, hydrogen được giải
phóng nhờ nhiệt ở 100-3000C; hay hydrogen có
thể được giải phóng qua quá trình thủy phân
(tác dụng với nước) của các hydride như LiH,
LiBH4, NaBH4… Với phương pháp này, ta có
thể điều chỉnh được lượng hydrogen sinh ra
theo nhu cầu.
15.3.4. Lưu chứa hydrogen trong các hyđrua
kim loại (metal hydride)
Phương pháp này sử dụng một số hợp kim có
khả năng độc đáo, có thể hấp phụ hydrogen.
Các hợp kim này hoạt động giống như miếng
xốp có thể hút nước vậy, chúng “hút bám”
hydrogen, tạo nên các hyđrua kim loại. Khi một
hyđrua kim loại được “lấp kín” dần với các
nguyên tử khí hydrogen, nó sẽ tỏa nhiệt, do đó,
- khi muốn giải phóng hydrogen, ta sẽ phải cung
cấp nhiệt cho nó.
Công thức tổng quát của quá trình hấp phụ và
nhả hấp hyđrua kim loại:
M + xH2 < => MH2x (15.6)
Phương pháp này có thể chứa được một lượng
rất lớn thể tích khí hydrogenhấp phụ vào kim
loại. Tuy nhiên, lượng hydrogen hấp phụ chỉ
chiếm khoảng 1% – 2% tổng trọng lượng bình
chứa (kim loại). Vì thế mà các bình chứa dạng
này khá nặng và vì vậy chúng không thể sử
dụng trong các ứng dụng di động.
Ưu điểm của phương pháp này là hầu hết các
hyđrua kim loại có thể hoạt động ở áp suất bình
thường, do đó xét về mặt sử dụng và an toàn,
đây là những điểm thuận lợi của việc lưu trữ
hydrogen nhờ các hyđrua kim loại. Muốn giải
- phóng khí hydrogen cần cung cấp nhiệt, vì thế,
trường hợp các thùng chứa bị bể vỡ chẳng hạn
thì hydrogen vẫn giữ kết nối trong kim loại mà
không bị hao hụt.
Lưu trữ hydrogen bằng các hyđrua kim loại hiện
nay đang được ứng dụng nhiều trong các tàu
ngầm.
15.3.5. Lưu chứa hydrogen trong ống carbon
nano rỗng
Phương pháp này về nguyên tắc tương tự như
hyđrua kim loại trong cơ chế lưu giữ và giải
phóng hydrogen. Vật liệu carbon nano này có
thể tạo nên một cuộc cách mạng trong công
nghệ lưu trữ hydrogen trong tương lai. Cách đây
vài năm, các nhà khoa học đã khám phá được
đặc tính hữu ích của carbon nano là có thể chứa
được những lượng lớn hydrogen trong các vi
cấu trúc than chì dạng ống. Hydrogen có thể
- chui vào trong ống, cũng như vào khoảng trống
giữa các ống. Lượng hydrogen hấp thụ phụ
thuộc vào áp suất và nhiệt độ, nên về nguyên
tắc, người ta có thể thay đổi áp suất hoặc nhiệt
độ, rồi bơm hydrogen vào để lưu trữ, hay đẩy
hydrogen ra để sử dụng. Vấn đề hiện nay là
phải tìm ra các loại ống nano carbon chứa được
nhiều hydrogen. Ngoài ra, ta cũng cần vật liệu
với tỷ lệ ống nano carbon cao, không lẫn với
nhiều loại bụi than khác.
Ưu điểm mang tính đột phá của công nghệ nano
này chính là lượng lớn hydrogen mà nó có thể
lưu chứa được, hơn nữa, so với cách lưu trữ
bằng hợp kim thì ống carbon nano cũng nhẹ
hơn. Ống carbon nano có thể chứa được lượng
hydrogen chiếm từ 4% – 65% trọng lượng của
chúng. Hiện nay, công nghệ này đang được
quan tâm nghiên cứu rất nhiều trên thế giới, hứa
- hẹn một phương thức lưu trữ hydrogen đầy tiềm
năng, nhất là cho các ứng dụng pin nhiên liệu di
động và nhỏ gọn như máy tính xách tay, máy
ảnh, điện thoại di động…v.v.
Ngoài ra, còn một phương pháp lưu trữ
hydrogen khác tuy ít phổ biến nhưng cũng khá
thú vị, đó là chứa hydrogen trong các vi cầu
bằng kính.
15.3.6. Lưu chứa hydrogen trong các vi cầu
thủy tinh (glass microsphere)
Các khối cầu thủy tinh rỗng tí hon có thể được
dùng như một phương thức lưu trữ hydrogen an
toàn. Những vi cầu rỗng này được làm nóng
dẻo, gia tăng khả năng thấm của thành thủy
tinh, rồi được lấp đầy khi được đặt ngập trong
khí hydrogen với áp suất cao. Các khối cầu này
sau đó được làm nguội, “khóa lại” hydrogen bên
trong khối thủy tinh. Khi ta tăng nhiệt độ,
- hydrogen sẽ được giải phóng ra khỏi khối cầu
và sử dụng. Phương pháp vi cầu này rất an
toàn, tinh khiết và có thể chứa được hydrogen ở
áp suất thấp, vì thế gia tăng giới hạn an toàn.
Thêm tài liệu vào bộ sưu tập có sẵn:
Báo xấu
LAVA
ERROR:connection to 10.20.1.98:9315 failed (errno=111, msg=Connection refused)
ERROR:connection to 10.20.1.98:9315 failed (errno=111, msg=Connection refused)
Đang xử lý...
Thêm vào BST
Báo xấu
