Xe ô tô điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro

Chia sẻ: Bigates Bigates | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

99
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay, ô tô chạy bằng nhiên liệu xăng hoặc diesel đã quá quen thuộc với mọi người, còn xe chạy điện hoặc xe công nghệ hybrid cũng dần trở nên phổ biến. Trong khi đó, xe chạy động cơ pin nhiên liệu hydro (H2) vẫn còn khá mơ hồ với thị trường. Sử dụng pin nhiên liệu hydro, ngành ôtô thế giới giải quyết được tất cả các vấn đề về môi trường và vận hành, nhưng chi phí là trở ngại lớn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Xe ô tô điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro

XE Ô TÔ ĐIỆN CHẠY BẰNG PIN NHIÊN LIỆU HYDRO Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Thành Duy Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: TS. Nguyễn Văn Nhanh TÓM TẮT Hiện nay, ô tô chạy bằng nhiên liệu xăng hoặc diesel đã quá quen thuộc với mọi người, còn xe chạy điện hoặc xe công nghệ hybrid cũng dần trở nên phổ biến. Trong khi đó, xe chạy động cơ pin nhiên liệu hydro (H2) vẫn còn khá mơ hồ với thị trường. Sử dụng pin nhiên liệu hydro, ngành ôtô thế giới giải quyết được tất cả các vấn đề về môi trường và vận hành, nhưng chi phí là trở ngại lớn.Với các mẫu xe điện được cung cấp năng lượng bởi pin sạc có vẻ là mục tiêu phát triển hàng đầu trong ngành công nghiệp ô tô. Động cơ ứng dụng pin nhiên liệu hydro nhằm mục tiêu vừa dễ tiếp cận đến khách hàng vừa không gây hại môi trường. Những chiếc xe này không phát sinh bất cứ khí thải nào, thứ duy nhất tiết ra từ ống xả là nước đơn thuần, ngoài ra so với xe chạy xăng hay diesel thì xe chạy pin nhiên liệu hydro vận hành yên tĩnh, không gây tiếng ồn. Thêm vào đó, hydro là chất có nhiều nhất trên trái đất. Từ khóa: xe điện, Pin nhiên liệu, Hydro, xe năng lượng sạch. 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Thứ nhất, là nguồn điện dùng để sạc pin cho ôtô vẫn phụ thuộc chủ yếu vào các nhà máy nhiệt điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, như than đá, dầu mỏ, khí ga tự nhiên, vì vậy vẫn tiếp tục sản sinh lượng khí CO2 khổng lồ (đặc biệt là ở các quốc gia không có thủy điện, không sử nhà máy điện nguyên tử và kém phát triển điện mặt trời và điện gió), tiếp tục làm tăng hiệu ứng nhà kính, tiếp tục đe doạ hệ sinh thái của trái đất. Thứ hai, vẫn là sự bất tiện về thời gian sạc để tái nạp năng lượng (sạc đầy pin), dẫn tới việc phải gia tăng sử dụng các hóa chất ngày càng độc hại hơn để giảm thời gian sạc va gia tăng dung lượng của pin. Một trong các giải pháp thay thế nhiên liệu hóa thạch dùng trong động cơ đốt trong và động cơ điện đã được thử nghiệm, đó là sử dụng khí hydro (H2) để chạy động cơ đốt trong và động cơ điện, giống như khí ga tự nhiên vẫn đang được sử dụng cho các xe buýt ở nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Tương tự như việc sử dụng khí gas tự nhiên, khí Hydro cũng tạo ra phản ứng cháy nổ trong buồng đốt của động cơ đốt trong để sinh công, làm piston chuyển động dọc lên-xuống, tạo ra chuyển động vòng của trục khuỷu. 354
2 PIN NHIÊN LIỆU HYDRO 2.1 Khái niện pin nhiên liệu hydro Pin nhiên liêu hydro là một khái niệm đơn giản. Khi hydro kết hợp với oxy, nó tạo ra năng lượng và nước. Năng lượng này có thể được khai thác trong một buồng khí, hay trong pin nhiên liệu, để chạy xe hơi, còn phần nước thì được thải ra như một phó sản vô hại. Sẽ không có nạn ô nhiễm, không có các chất khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Và hay hơn cả, là không giống như xăng, hydro là chất liệu có nhiều nhất trong vũ trụ. 2.2 Cấu tạo pin nhiên liệu Hydro Pin nhiên liệu có lõi làm bằng một màng nhựa dẫn proton (PEM = Proton Exchange Membrane = màng trao đổi proton). Trên cả hai mặt này được tráng một chất xúc tác bạch kim và điện cực bằng giấy than chì (tấm lưỡng cực). Việc tạo ra năng lượng điện được thực hiện trong pin nhiên liệu nhờ khí hydro. Năng lượng điện lưu trữ trong ắc quy hoặc cung cấp cho động cơ điện. Các kênh dẫn khí nhỏ được phay trong các tấm lưỡng cực, thông qua các kênh này khí hydro được đưa vào ở một mặt và mặt còn lại là không khí hoặc oxy. Hình 1. Cấu tạo pin nhiên liệu Hydro Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu hydro: Ở một bên của pin nhiên liệu (cực âm) khí hydro (H2) được tách thành proton và electron bởi chất xúc tác. Chỉ có proton có thể vượt qua màng nhựa (PEM) để sang phía bên kia của pin (cực dương). Các electron (điện tử) không thể vượt qua màng nhựa được. Khi nói cực âm 355
và cực dương, các electron mang điện tích âm di chuyển về phía tích điện dương và hình thành một dòng điện. Dòng điện này có thể vận hành một thiết bị tiêu thụ điện, thí dụ một động cơ điện. Ở cực dương các proton, electron và oxy kết hợp để tạo ra nước. Hình 2. Nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu hydro 3 CẤU TẠO XE Ô TÔ ĐIỆN CHẠY BẰNG PIN NHIÊN LIỆU HYDRO 3.1 Cấu tạo Bình chứa khí hydro áp suất cao: Bình này có một cửa nạp lắp ở vị trí phía sau xe. Bình chứa có thể tích khoảng 170 lít và được làm đầy với một áp suất khoảng 350 bar. Như thế xe có tầm chạy xa khoảng 460 km. Ắc quy xe 12V: được sử dụng để cung cấp điện áp cho phụ kiện cũng như các hệ thống cung cấp điện và hệ thống thiết bị. Ắc quy điện áp cao: có điện áp 290V và cụm pin nhiên liệu có công suất khoảng 100KW được lắp phía dưới sàn xe. Đơn vị truyền động: bao gồm một động cơ ba pha đồng bộ kích hoạt vĩnh cửu và bộ đảo điện. Bộ đảo điện: chuyển đổi điện áp một chiều được tạo ra trong các pin nhiên liệu thành điện áp xoay chiều cần thiết cho động cơ truyền động. Đồng thời ắc quy điện áp cao được cung cấp năng lượng điện từ bộ đảo điện. 356
Hình 3. Các bộ phận của xe ô tô điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro 357
3.2 Nguyên lý hoạt động Hình 4. Cấu tạo và quá trình hoạt động của xe ô tô chạy bằng nhiên liệu hydro 4 ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA XE Ô TÔ ĐIỆN CHẠY BẰNG NHIÊN LIỆU HYDRO 4.1 Ưu điểm Bảo vệ môi trường: xe chạy bằng pin hydro hạn chế tối đa khí thải. Trong quá trình vận hành, xe chỉ sinh ra hơi nước, không phát thải CO2. Do đó, hạn chế ô nhiễm môi trường ở mức tối đa nhất. 358
Hiệu suất nhiên liệu cao: nghiên cứu cho thấy các dòng xe pin nhiên liệu có tỉ số tiêu thụ lít/km trội hơn so với các loại nhiên liệu hóa thạch. Êm ái trong khi di chuyển: phản ứng hóa học sinh ra điện năng của pin nhiên liệu diễn ra rất êm ái. Chúng không gây tiếng ồn như những loại động cơ đốt trong. Hạn chế bảo trì, sửa chữa: xe chạy pin nhiên liệu hydro cấu thành từ ít các bộ phận chuyển động. Vì thế, xe sẽ hao mòn ít hơn khi sử dụng. Người dùng không cần quá bận tâm tới chế độ bảo dưỡng hay sửa chữa. Bơm nhiên liệu khí hydro nhanh: chỉ mất 4 phút để nạp đầy và giúp chiếc xe đi được quãng đường lên đến 600 km. Tiết kiệm nhiên liệu: do không tiêu thụ xăng dầu nên người dùng sẽ tiết kiệm được 1 khoản chi phí đáng kể nếu sử dụng xe chạy bằng pin hydro. 4.2 Nhược điểm Giá thành cao: công nghệ tạo ra pin nhiên liệu hydro mới được phát triển. Mặc dù ngày càng phổ biến nhưng giá thành của chúng tương đối cao. Độ bền chưa cao: nếu so sánh với động cơ đốt trong, tuổi thọ của xe sử dụng pin nhiên liệu hydro còn hạn chế. Đặc biệt với môi trường khí hậu ẩm ướt, mưa nhiều hay ngập lụt, xe dễ hư hỏng. Hạn chế số lượng trạm sạc: mới được phát triển nên số lượng các trạm sạc chưa thực sự đáp ứng được nhu cầu của người dùng. Công nghệ xe chưa phổ biến: các thông tin về nhiên liệu hydro vẫn chưa phổ biến với công chúng. Dòng xe vẫn chưa tạo được sự nổi bật để thực sự thu hút thị hiếu người tiêu dùng. 5 KẾT LUẬN Bài nghiên cứu trên đã trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ô tô điện chạy bằng Pin nhiên liệu Hydro. Đồng thời, phân tích ưu nhược điểm. Điều đó, chứng minh rằng, xe chạy bằng pin nhiên liệu Hydro được dự báo sẽ là đối thủ của xe điện trong tương lai, góp phần bảo vệ môi trường, mang lại lợi ích kinh tế, chính trị to lớn. Lời cảm ơn: nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Nguyễn ăn Nhanh. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.vr.org.vn/tin-tuc-su- kien/Pages/ListNews.aspx?ItemID=6161&OriginalUrl=vn/tin-tuc-su-kien/duong-bo-- duong-sat/tim-hieu-ve-xe-pin-nhien-lieu-hydro-6161.html [2] https://thegioixechaydien.com.vn/phan-tich-nhung-uu-nhuoc-diem-cua-xe-chay-pin- nhien-lieu.html 359