Fuel cell - Pin nhiên liệu sử dụng hydro

Xe sử dụng pin nhiên liệu (FCEV - Fuel cell electric vehicle) chạy bằng hydro. Chúng hiệu quả hơn các phương tiện sử dụng động cơ đốt trong thông thường và không tạo ra khí thải, chỉ thải ra hơi nước và không khí ấm. FCEV và cơ sở hạ tầng hydro để cung cấp nhiên liệu cho chúng đang trong giai đoạn triển khai ban đầu. Bộ Năng lượng Mỹ dẫn đầu các nỗ lực nghiên cứu để làm cho các phương tiện chạy bằng hydro trở thành một lựa chọn vận chuyển an toàn, thân thiện với môi trường và giá cả phải chăng. Hydro được coi là nhiên liệu thay thế theo Đạo luật Chính sách Năng lượng năm 1992 và đủ điều kiện nhận tín dụng thuế xe nhiên liệu thay thế.

Xe điện chạy bằng pin nhiên liệu là gì?

FCEV sử dụng hệ thống đẩy tương tự như hệ thống đẩy của xe điện, trong đó năng lượng dự trữ dưới dạng hydro được pin nhiên liệu chuyển thành điện năng. Không giống như các phương tiện động cơ đốt trong thông thường, những phương tiện này không tạo ra khí thải độc hại từ ống xả. Các lợi ích khác bao gồm tăng khả năng phục hồi năng lượng của Hoa Kỳ thông qua sự đa dạng và củng cố nền kinh tế.

FCEV được cung cấp nhiên liệu bằng khí hydro tinh khiết chứa trong bình chứa trên xe. Tương tự như các loại xe động cơ đốt trong thông thường, chúng có thể nạp nhiên liệu trong vòng chưa đầy 4 phút và có phạm vi lái xe hơn 300 dặm. FCEV được trang bị các công nghệ tiên tiến khác để tăng hiệu quả, chẳng hạn như hệ thống phanh tái tạo giúp thu năng lượng bị mất trong quá trình phanh và lưu trữ trong pin. Các nhà sản xuất ô tô lớn đang cung cấp một số lượng FCEV hạn chế nhưng ngày càng tăng cho công chúng ở một số thị trường nhất định, đồng bộ với những gì cơ sở hạ tầng đang phát triển có thể hỗ trợ.

Pin nhiên liệu hoạt động như thế nào

Loại pin nhiên liệu phổ biến nhất cho các ứng dụng xe có động cơ là pin nhiên liệu màng điện phân polyme (PEM). Trong pin nhiên liệu PEM, màng điện phân được kẹp giữa điện cực dương (cực âm) và điện cực âm (cực dương). Hydro được đưa vào cực dương và oxy (từ không khí) được đưa vào cực âm. Các phân tử hydro vỡ ra thành proton và electron do phản ứng điện hóa trong chất xúc tác pin nhiên liệu. Các proton sau đó di chuyển qua màng đến cực âm.

Các electron buộc phải di chuyển qua một mạch bên ngoài để thực hiện công việc (cung cấp năng lượng cho ô tô điện) sau đó kết hợp lại với các proton ở phía cực âm, nơi các proton, electron và phân tử oxy kết hợp để tạo thành nước. Xem đồ họa thông tin về Xe chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV) (PDF) để tìm hiểu thêm về quy trình.

Xe điện pin nhiên liệu sử dụng hydro làm việc như thế nào?

Giống như xe chạy hoàn toàn bằng điện, xe điện chạy bằng pin nhiên liệu (FCEV) sử dụng điện để cung cấp năng lượng cho động cơ điện. Trái ngược với các loại xe điện khác, FCEV sản xuất điện bằng cách sử dụng pin nhiên liệu chạy bằng hydro, thay vì chỉ lấy điện từ pin. Trong quá trình thiết kế phương tiện, nhà sản xuất phương tiện xác định công suất của phương tiện theo kích thước của (các) môtơ điện nhận năng lượng điện từ tổ hợp pin nhiên liệu và pin có kích thước phù hợp. Mặc dù các nhà sản xuất ô tô có thể thiết kế FCEV với khả năng cắm điện để sạc pin, nhưng hầu hết các FCEV ngày nay đều sử dụng pin để thu lại năng lượng phanh, cung cấp thêm năng lượng trong các sự kiện tăng tốc ngắn và để làm giảm năng lượng được cung cấp từ pin nhiên liệu với tùy chọn để chạy không tải hoặc tắt pin nhiên liệu khi cần ít năng lượng. Lượng năng lượng được lưu trữ trên tàu được xác định bởi kích thước của bình nhiên liệu hydro. Điều này khác với một chiếc xe chạy hoàn toàn bằng điện, trong đó lượng điện năng và năng lượng có sẵn đều liên quan mật thiết đến kích thước của pin. Tìm hiểu thêm về xe điện chạy bằng pin nhiên liệu.

Các thành phần chính của ô tô điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro

• Battery (auxiliary) - Pin (phụ): Trong xe truyền động điện, ắc quy phụ điện áp thấp cung cấp điện để khởi động xe trước khi ắc quy kéo được kích hoạt; nó cũng cung cấp năng lượng cho các phụ kiện xe.

• Battery pack - Bộ pin: Pin điện áp cao này lưu trữ năng lượng được tạo ra từ quá trình phanh tái tạo và cung cấp năng lượng bổ sung cho động cơ điện kéo.

• DC/DC converter - Bộ chuyển đổi DC/DC: Thiết bị này chuyển đổi nguồn điện một chiều có điện áp cao hơn từ bộ ắc quy xe kéo thành nguồn điện một chiều có điện áp thấp hơn cần thiết để chạy các phụ kiện trên xe và sạc lại ắc quy phụ.

• Electric traction motor (FCEV) - Động cơ kéo điện (FCEV): Sử dụng năng lượng từ pin nhiên liệu và bộ pin kéo, động cơ này truyền động các bánh xe. Một số phương tiện sử dụng máy phát động cơ thực hiện cả chức năng truyền động và tái tạo.

• Fuel cell stack - Ngăn pin nhiên liệu: Tập hợp các điện cực màng riêng lẻ sử dụng hydro và oxy để sản xuất điện.

• Fuel filler - Nạp nhiên liệu: Một vòi từ bộ phân phối nhiên liệu gắn vào ngăn chứa trên xe để đổ đầy bình.

• Fuel tank (hydrogen) - Bình nhiên liệu (hydro): Dự trữ khí hydro trên xe cho đến khi pin nhiên liệu cần.

• Power electronics controller (FCEV) - Bộ điều khiển điện tử công suất (FCEV): Bộ phận này quản lý dòng năng lượng điện do pin nhiên liệu và ắc quy kéo cung cấp, kiểm soát tốc độ của động cơ điện kéo và mô-men xoắn mà nó tạo ra.

• Thermal system (cooling) - (FCEV) - Hệ thống nhiệt (làm mát) - (FCEV): Hệ thống này duy trì phạm vi nhiệt độ hoạt động thích hợp của pin nhiên liệu, động cơ điện, điện tử công suất và các thành phần khác.

• Transmission (electric) - Truyền động (điện): Bộ truyền động truyền năng lượng cơ học từ động cơ kéo điện để dẫn động các bánh xe.

Bài tiếp theo: Hydro trong hàng không vũ trụ và hàng không dân dụng