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
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU
Hà Nội – 2020
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. TS. Phạm Thi San
2. GS. TS. Vũ Đình Lãm
Hà Nội – 2020
i
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.TS. Vũ Đình Lãm. 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
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin dành những lời cảm ơn đầu tiên và sâu sắc nhất gửi tới TS.
Phạm Thi San và GS.TS. Vũ Đình Lãm. 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
iii
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................ vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... ix
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT ................................................................ xi
MỞ ĐẦU… ................................................................................................................. 1
Chương I. TỔNG QUAN VỀ PIN NHIÊN LIỆU MÀNG TRAO ĐỔI PROTON .... 6
1.1. Giới thiệu sơ lược về pin nhiên liệu ..................................................................... 6
1.1.1. Phân loại pin nhiên liệu ............................................................................. 6
1.1.2. Ứng dụng của pin nhiên liệu ...................................................................... 8
1.2. Pin nhiên liệu màng trao đổi proton ..................................................................... 9
1.2.1. Nguyên lý hoạt động .................................................................................. 9
1.2.2. Nhiệt động học trong pin nhiên liệu màng trao đổi proton ..................... 11
1.2.2.1. Năng lượng tự do Gibbs .................................................................. 12
1.2.2.2. Công điện lý thuyết ......................................................................... 13
1.2.3. Hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu ..................................................... 14
1.2.4. Điện thế hở mạch của pin nhiên liệu ....................................................... 14
1.2.5. Cấu tạo của pin nhiên liệu ....................................................................... 16
1.2.5.1. Điện cực màng ................................................................................ 17
1.2.5.2. Các tấm lưỡng cực .......................................................................... 30
1.2.5.3. Các kênh dẫn khí ............................................................................. 34
1.2.5.4. Các bộ phận khác ............................................................................ 36
1.3. Bộ pin nhiên liệu PEMFC .................................................................................. 37
1.3.1. Cấu hình kênh rãnh dẫn khí trong pin đơn .............................................. 37
1.3.2. Cấu hình cấp khí cho từng pin đơn trong bộ pin ..................................... 39
1.3.3. Các thông số hoạt động của PEMFC ....................................................... 40
1.3.3.1. Nhiệt độ hoạt động .......................................................................... 40
1.3.3.2. Ảnh hưởng của độ ẩm đến hoạt động của bộ pin nhiên liệu ........... 42
1.3.3.3. Ảnh hưởng của lưu lượng và áp suất khí nhiên liệu đến hoạt động
của pin nhiên liệu ............................................................................ 43
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ........................................................ 44
Kết luận chương I ...................................................................................................... 46
