Bạn đã biết ăcquy nhiên liệu chưa?

Ắc quy nhiên liệu là loại ắc quy liên tục được cung cấp nhiên liệu. Nó là một thiết bị chuyển đổi năng lượng kiểu mới, có thể trực tiếp chuyển hóa năng lượng hóa học trong nhiên liệu thành điện năng, khác 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 ắc quy nhiên liệu cung cấp điện như thế nào? Nguyên nhân là nó tận dụng hydro và oxy trong quá trình phản ứng hóa học, các electron 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 hydro thông qua một cực trong đó (gọi là cực nhiên liệu hoặc là cực âm của ắc quy), khí oxy thông qua cực kia (gọi là cực oxy hóa hoặc là cực dương của ắc quy). Khi hai điện cực được nối với mạch điện bên ngoài thì trong mạch điện sẽ có dòng điện chạy qua. Chỉ cần liên tục cung cấp hydro và oxy là có thể duy trì dòng điện trong mạch.

Nguyên lý căn bản của hệ thống sinh ra điện này là: trong dung dịch điện giải axit, trước hết hydro ở cực âm của ắc quy dưới tác dụng của chất xúc tác sẽ phân giải, sản sinh ra ion hydro và các electron, tức là:

H2 → 2H+ + 2e

Sau đó ion hydro thông qua dung dịch điện giải và màng trao đổi ion (proton), vận chuyển đến bề mặt chất xúc tác của cực dương ắc quy, đồng thời electron thông qua mạch ngoài chạy sang tầng xúc tác của cực dương ắc quy. Cuối cùng ion hydro, electron và oxy tạo 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 electron để sản ra dòng điện không sinh ra chất độc hại, sản phẩm cuối cùng là nước.

Loại ắc quy nhiên liệu này có rất nhiều ưu điểm độc đáo như: hiệu suất chuyển hóa năng lượng cao, thao tác đơn giản, vận hành lặng lẽ, sạch, không gây ô nhiễm môi trường, có thể làm việc trong phạm vi nhiệt độ khá rộng, hiệu suất sử dụng tổng hợp năng lượng cao, có thể đạt 90%, trong trong khi hiệu suất của nhà máy nhiệt điện tốt nhất cũng không quá 60%. Ngoài ra quy mô xây dựng nhà máy phát điện ắc quy nhiên liệu khá đa dạng, tính thích ứng của nhiên liệu mạnh, có thể sử dụng khí hydro, khí đốt thiên nhiên, cồn, v.v.. Vì ắc quy 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 vẫn 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 kỹ sư trên thế giới đều tìm cách dùng ắc quy 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 ắc quy 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, ắc quy 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 thiết bị phụ trợ phức tạp. Những điểm này đã hạn chế việc mở rộng sử dụng ắc quy nhiên liệu. Các nhà khoa học và kỹ 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 khóa: ắc quy nhiên liệu.