Bạn đã biết ăcquy nhiên liệu chưa?

Ăc quy nhiên liệu là loại ăcquy liên tục được cung cấp nhiên liệu. Nó là một thiết bị chuyển đổi năng lượng dạng mới, có thể trực tiếp chuyển hóa năng lượng hóa học trong nhiên liệu thành điện năng, không giống với quá trình chuyển hóa năng lượng thông thường (trừ phát điện bằng sức nước) bao gồm các quá trình năng lượng hóa học chuyển thành năng lượng nhiệt, năng lượng nhiệt chuyển thành năng lượng cơ, năng lượng cơ chuyển thành năng lượng điện. Vậy ăcquy nhiên liệu cung cấp điện như thế nào? Nguyên do là nó lợi dụng hiđro và oxi trong quá trình phản ứng hóa học, các điện tử chuyển động sản sinh ra dòng điện, từ đó mà cung cấp điện. Quá trình xảy ra như sau:

Đem hai điện cực nhúng vào dung dịch điện giải, trong điện cực có chất xúc tác và tầng ngăn khí. Cho khí hiđro thông qua một cực trong đó (gọi là cực nhiên liệu hoặc là cực âm của ăcquy), khí oxi thông qua cực kia (gọi là cực oxi hóa hoặc là cực dương của ăcquy). Khi hai điện cực được nối thông với mạch điện bên ngoài thì trong mạch điện sẽ có dòng điện chạy qua. Chỉ cần liên tục cung cấp hiđro và oxi là có thể duy trì được dòng điện trong mạch.

Nguyên lí căn bản của hệ thống sinh ra điện này là: trong dung dịch điện giải axit, trước hết hiđro ở cực âm của ăcquy dưới tác dụng của chất xúc tác sẽ phân giải, sản sinh ra ion hiđro và các điện tử, tức là:

H2 → 2H+ + 2e

Sau đó ion hiđro thông qua dung dịch điện giải và màng trao đổi ion (prôton), vận chuyển đến bề mặt chất xúc tác của cực dương ăcquy, đồng thời điện tử thông qua mạch ngoài chạy sang tầng xúc tác của cực dương ăcquy. Cuối cùng ion hiđro, điện tử và oxi thành nước trên bề mặt xúc tác của cực dương. Tức:

2H+ + 1/2O2 + 2e → H2O

Cho dù dung dịch điện giải có tính axit hay tính kiềm thì quá trình trên đều xảy ra, sự khác biệt chỉ là các chất mà dung dịch điện giải vận chuyển khác nhau mà thôi. Qua quá trình trên có thể thấy rõ: trong quá trình sinh ra điện tử để sản ra dòng điện không sinh ra chất độc hại, sản phẩm cuối cùng là nước.

Loại ăcquy nhiên liệu này có rất nhiều ưu điểm độc đáo như: hiệu suất chuyển hóa năng lượng cao, thao tác giản tiện, vận hành lặng lẽ, sạch sẽ, không gây ô nhiễm môi trường, có thể làm việc trong phạm vi nhiệt độ khá rộng, hiệu suất lợi dụng tổng hợp năng lượng cao, có thể đạt 90%, trong khi đó hiệu suất nhà máy nhiệt điện tốt nhất cũng không quá 60%. Ngoài ra quy mô xây dựng nhà máy phát điện ăcquy nhiên liệu khá đa dạng, tính thích ứng của nhiên liệu mạnh, có thể sử dụng khí hiđro, khí đốt thiên nhiên, cồn, v.v.. Vì ăcquy nhiên liệu có nhiều ưu điểm như thế cho nên trong nhiều trường hợp đặc biệt, như trong vũ trụ, dưới đáy biển và những vùng biên giới xa xôi đều có thể nghĩ đến việc dùng trạm phát điện kiểu này.

Hiện nay loài người yêu cầu ngày càng cao đối với bảo vệ môi trường, song các nhà máy nhiệt điện gây ô nhiễm đang là nguồn chủ yếu để cung cấp điện, ngoài ra những phương tiện rất thuận lợi đối với cuộc sống của con người, như ô tô đều gây ô nhiễm rất lớn. Vì vậy các nhà khoa học và các kĩ sư trên thế giới đều tìm cách dùng ăcquy nhiên liệu để cung cấp điện, đồng thời đã đạt được những thành tựu đáng kể. Hiện nay trên thế giới đã xây dựng xong hệ thống nhà máy ăcquy nhiên liệu có công suất 11.000 kW. Nếu nó phát hết công suất, với mỗi hộ sử dụng 1 kW thì nó có thể cung cấp cho 11.000 hộ.

Tuy nhiên, ăcquy nhiên liệu cũng có một số nhược điểm. Thứ nhất là giá thành cao, thứ hai là tuổi thọ ngắn và đòi hỏi một hệ thống máy bổ trợ phức tạp. Những điểm này đã hạn chế việc mở rộng sử dụng ăcquy nhiên liệu. Các nhà khoa học và kĩ sư trên thế giới đang ra sức nghiên cứu tìm cách khắc phục các nhược điểm trên, phát huy ưu điểm của nó để cho nguồn năng lượng sạch này phục vụ được nhiều hơn cho loài người.

Từ khoá: ăcquy nhiên liệu.