Nghiên cứu phát triển Pin nhiên liệu màng trao đổi proton (PEMFC) sử dụng nhiên liệu hyđrô. Mã số đề tài: VAST03.08/14-15

Chủ nhiệm đề tài TS. Phạm Thi San
Đơn vị thực hiện Viện Khoa học Vật liệu
Thời gian thực hiện 2014 - 2016
Tổng kinh phí 500.000.000 đồng
Xếp loại đề tài Xuất sắc
Mục tiêu đề tài

- Chế tạo xúc tác Pt có cấu trúc nano ( 200 mg/mẻ để áp dụng làm xúc tác cho bộ pin nhiên liệu
- Nghiên cứu chế tạo xúc tác hợp kim Platin Pt-M (Ni, Co, Fe) và đánh giá lựa chọn hợp kim có hoạt tính tốt nhất áp dụng cho điện cực catot của pin nhiên liệu PEMFC.
- Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của thông số hoạt động: nhiệt độ, độ ẩm khí cấp, áp suất… từ đó xác định chế độ hoạt động tối ưu cho bộ pin nhiên liệu.
- Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ pin nhiên liệu: tấm lưỡng cực (bipolar), MEA, đường cấp khí, làm mát…
- Có khả năng tự cung cấp xúc tác anot và catot theo yêu cầu và mục đích đặt ra.
- Sử dụng xúc tác chế tạo được áp dụng cho bộ pin nhiên liệu công suất ~10W.

Kết quả đạt được

Về khoa học:
-    Đã nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác Pt/C 20%wt. bằng phương pháp kết tủa hóa học và đã chế tạo được vật liệu xúc tác Pt/C 20%wt. với kích thước hạt trung bình ~ 2,45 nm và diện tích bề mặt điện hóa ESA là 78,88 m2/g.
-    Đã đưa ra qui trình tối ưu tổng hợp vật liệu xúc tác Pt/C 20 %wt trong điều kiện phòng thí nghiệm ở mức độ > 200 mg/mẻ.
-    Đã nghiên cứu tổng hợp vật liệu xúc tác hợp kim Pt3Ni/C, Pt3Co/C và Pt3Fe/C bằng phương pháp kết tủa hóa học. Đối với hoạt tính xúc tác cho phản ứng khử oxy ORR, giá trị mật độ dòng điện i@0,9V đạt được cao nhất lên tới -349,3 µA/cm2 và cao hơn nhiều lần so với mẫu xúc tác kim loại tinh khiết Pt/C (chỉ đạt được khoảng – 35,1 µA /cm2).
-    Đã lựa chọn hợp kim Pt3Ni/C làm vật liệu xúc tác cho điện cực catôt trong PEMFC với kích thước hạt trung bình ~ 2,79 nm và diện tích bề mặt điện hóa ESA là 76,14 m2/g  trong điều kiện phòng thí nghiệm.
-    Đã nghiên cứu chế tạo điện cực màng MEA bằng phương pháp ép nóng. Ảnh hưởng của lực ép đến tính chất của các MEA chế tạo bằng phương pháp ép nóng cũng đã được khảo sát. Điều kiện ép nóng tối ưu cho chế tạo các MEA là nhiệt độ ép 130 oC, thời gian ép 180 s và lực ép trong khoảng 19-21 kg/cm2.
-    Sử dụng các vật liệu xúc tác tự chế tạo, đã chế tạo điện cực màng MEA có mật độ công suất cực đại lên tới 640 mW/cm2.
-    Lựa chọn chế độ tối ưu vận hành bộ pin
Về ứng dụng:
-    Đã đưa ra qui trình tối ưu tổng hợp vật liệu xúc tác Pt/C 20 %wt trong điều kiện phòng thí nghiệm ở mức độ > 200 mg/mẻ. Và đã điều chế > 2g xúc tác Pt/C 20% áp dụng chế tạo bộ pin 16W
-    Đã đưa ra qui trình tổng hợp tối ưu vật liệu xúc tác hợp kim Pt3M/C 20 %wt. Chế tạo Pt3Co/C 20 %wt, Pt3Fe/C 20 %wt ~ 400mg và xúc tác Pt3Ni/C 20 %wt ~2g áp dụng cho ngiên cứu và chế tạo bộ pin 16W
-    Đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thành phần của bộ pin nhiên liệu công suất ~16W. Các thành phần tấm lưỡng cực, tấm thu điện và tấm vỏ pin đã được chế tạo bằng cơ khí chính xác CNC. Với lắp ghép nối tiếp tám tấm điện cực màng MEA, (diện tích 10 cm2/MEA) và công suất của bộ pin đã đạt được khoảng 16W.
-    Xây dựng được hệ kiến thức nền tảng trong thiết kết và chế tạo các thành phần của bộ pin nhiên liệu, tạo điều kiện để phát triển các bộ pin công suất cao hơn áp dụng trong thực thế.

ptsan3

ptsan4

ptsan5

Những đóng góp mới

-    Xây dựng quy trình tổng hợp tối ưu vật liệu xúc tác Pt/C 20 %wt với kích thước hạt trung bình ~ 2,45 nm bằng phương pháp kết tủa hóa học ở mức độ > 200 mg/mẻ và đã áp dụng làm xúc tác anot trong chế tạo bộ pin 16W.
-    Đã nghiên cứu chế tạo xúc tác hợp kim Pt-M/C 20%wt (M- Ni, Co, Fe). Đã lựa chọn hợp kim Pt3Ni/C làm vật liệu xúc tác cho điện cực catôt trong PEMFC. Đã xây dựng quy trình tổng hợp tối ưu vật liệu xúc tác Pt3Ni/C 20 %wt với kích thước hạt trung bình ~ 2,79 nm bằng phương pháp kết tủa hóa học ở mức độ > 200 mg/mẻ và đã áp dụng làm xúc tác canot trong chế tạo bộ pin 16W.
-    Thiết kế, chế tạo các cấu phân của bộ pin: MEA, bipolar, tấm thu điện… và sử dụng các xúc tác tổng hợp được để chế tạo bộ pin công suất ~ 16W

Sản phẩm

ptsan1

ptsan2

Địa chỉ ứng dụng

* Kiến nghị của chủ nhiệm đề tài:
Để có thể phát triển và áp dụng được pin nhiên liệu PEMFC tại Việt Nam cần phải tiếp tục nghiên cứu một số vấn đề như sau:
Đối với vật liệu xúc tác: Do vật liệu xúc tác nhập ngoại rất đắt nên việc điều chế được xúc tác trong nước sẽ làm giảm giá thành và chủ động trong việc chế tạo và áp dụng pin nhiên liệu. Có hai vấn đề chính là:
    + Nghiên cứu tổng hợp tiền chất H2PtCl6 từ kim loại Pt
    + Nghiên cứu phát triển các hệ xúc tác Pt/C hàm lượng cao: điều chế xúc tác Pt/C 40% và 60%wt.
Đối với điện cực màng MEAs
     + Kỹ thuật chế tao lớp xúc tác: CCM và phương pháp đề can
    + Mục tiêu: đạt mật độ công suất MEA tại điện áp thực thế làm việc (0.6V)~ 500-800mW/cm2
 Đối với bộ ghép PEMFC:
+Nghiên cứu phát triển pin nhiên liệu PEM công suất 100 - 300W và  nghiên cứu áp dụng thử nghiệm cho xe máy điện Scooter
    + Tiếp tục phát triển tới 1kW

Bản quyền thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Khi phát hành lại thông tin trên Website cần ghi rõ nguồn: "Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam".