- NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA VÀ. - ĐỊNH HƢỚNG ỨNG DỤNG CỦA LỚP MẠ ĐIỆN HÓA NIKEN TRÊN NỀN CÁC CHẤT DẪN ĐIỆN KHÁC NHAU. - Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các anh chị em và các bạn trong phòng Điện hóa đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn.. - Tổng quan về pin nhiên liệu...3. - Khái niệm về pin nhiên liệu...3. - Lịch sử hình thành và phát triển của pin nhiên liệu...3. - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu...5. - Phân loại pin nhiên liệu……….………..6. - Pin nhiên liệu axit phosphoric (Phosphoric acid fuel cell - PAFC)……….6. - Pin nhiên liệu cacbon nóng chảy (Molten carbonate fuel cell - MCFC)...7. - Pin nhiên liệu màng trao đổi prton (Proton exchange membrance fuel cell - PEMFC)...7. - Pin nhiên liệu oxit rắn (Solid oxide fuel cell - SOFC)...8. - Pin nhiên liệu methanol (DMFC)...8. - Pin nhiên liệu kiềm (Alkaline fuel cell - AFC)...9. - Một số ưu nhược điểm của pin nhiên liệu……….13. - Các phương pháp chế tạo vật liệu xúc tác điện cực...17. - Pin nhiên liệu sử dụng glyxerol và quá trình oxi hóa của glyxerol.…19 Chƣơng 2 – THỰC NGHIỆM...21. - Chế tạo và khảo sát tính chất điện hóa điện cực biến tính một kim loại Pt/GC, Pd/GC và Ni/GC………...31. - Chế tạo vật liệu. - Phân tích cấu trúc và hình thái học bề mặt của vật liệu chế tạo được………...32. - Đánh giá khả năng xúc tác điện hóa cho quá trình oxi hóa glyxerol trong môi trường kiềm của điện cực được chế tạo………....35. - Chế tạo và khảo sát tính chất điện hóa của vật liệu tổ hợp biến tính hai kim loại Pt-Pd/GC, Pt-Ni/GC và Pd-Ni/GC...38. - Chế tạo vật liệu tổ hợp hai kim loại . - Phân tích cấu trúc và hình thái học bề mặt của vật liệu tổ hợp chế tạo được...39. - Đánh giá khả năng xúc tác điện hóa cho quá trình oxi hóa glyxerol trong môi trường kiềm của điện cực tổ hợp hai kim loại được chế tạo...………….43. - Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ nồng độ đầu của các muối trong dung dịch điện phân đến khả năng xúc tác điện hóa của vật liệu tổ hợp hai kim loại . - Đánh giá độ bền của vật liệu tổ hợp hai kim loại . - Chế tạo và khảo sát tính chất điện hóa của vật liệu điện cực tổ hợp ba kim loại Pt-Pd-Ni/GC………...52 KẾT LUẬN...55 TÀI LIỆU THAM KHẢO...56. - Sơ đồ pin nhiên liệu ...3 Hình 1.2. - Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của pin nhiên liệu………5 Hình 1.3. - Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của pin nhiên liệu kiềm……….……9 Hình 1.4. - Chiếc xe taxi chạy bằng pin nhiên liệu đầu tiên của ZEVCO ở London, Anh………..10 Hình 1.5. - Pin nhiên liệu kiềm metanol……….…12 Hình 1.6. - Hiệu suất chuyển hóa năng lượng trong các hệ thống sử dụng những nguồn nhiên liệu khác nhau………..14 Hình 1.7. - Quá trình oxi hóa glyxerol có mặt chất xúc tác trong môi trường kiềm. - Đường phân cực vòng………...…23 Hình 2.2. - Sơ đồ chế tạo vật liệu điện cực biến tính một kim loại trên nền GC…...31 Hình 3.2. - Ảnh SEM của các vật liệu điện cực biến tính một kim loại trên nền GC……….32 Hình 3.3. - Giản đồ nhiễu xạ tia X của các vật liệu điện cực biến tính một kim loại trên nền GC………..…….34 Hình 3.4. - Đường phân cực vòng của điện cực Pt(1) và Pt/GC (2) trong môi trường KOH 1M (a) và KOH 1M + Glyxerol 0,5M (b)……….…..35 Hình 3.5. - Đường phân cực vòng của điện cực GC(1) và Pd/GC (2) trong môi trường KOH 1M (a) và KOH 1M + glyxerol 0,5M (b Hình 3.6. - Đường phân cực vòng của điện cực Ni(1) và Ni/GC (2) trong môi trường KOH 1M (a) và KOH 1M + glyxerol 0,5M (b Hình 3.7. - Ảnh SEM của các vật liệu điện cực tổ hợp hai kim loại trên nền GC…..40. - Giản đồ nhiễu xạ tia X của các vật liệu điện cực tổ hợp hai kim loại trên. - nền GC………..41. - Phổ EDX của điện cực mẫu M 4 (Pt-Pd/GC . - Hình 3.10. - Phổ EDX của điện cực mẫu M 5 (Pt-Ni/GC)……….…..42. - Hình 3.11. - Phổ EDX của điện cực mẫu M 6 (Pd-Ni/GC)………...42. - Hình 3.12. - Đường phân cực vòng của các vật liệu điện cực trong môi trường KOH 1M + glyxerol 0,5M……….43. - Hình 3.13. - Đường phân cực vòng của các vật liệu điện cực trong môi trường KOH 1M + glyxerol 0,5M……….44. - Hình 3.14. - Đường phân cực vòng của các vật liệu điện cực trong môi trường KOH 1M + glyxerol 0,5M……….45. - Hình 3.15. - Đường phân cực vòng của các điện cực Pt-Pd/GC được chế tạo từ dung dịch có tỉ lệ nồng độ muối platin và paladi khác nhau trong môi trường KOH 1M + glyxerol 0,5M . - Hình 3.16. - Đường phân cực vòng của các điện cực Pt-Ni/GC được chế tạo từ dung dịch có tỉ lệ nồng độ muối platin và niken khác nhau trong môi trường KOH 1M + glyxerol 0,5M . - Hình 3.17. - Đường phân cực vòng của các điện cực Pd-Ni/GC được chế tạo từ dung dịch có tỉ lệ nồng độ muối paladi và niken khác nhau trong môi trường KOH 1M + glyxerol 0,5M . - Hình 3.18. - Đường cong phân cực nhiều vòng của các điện cực tổ hợp hai kim loại trong môi trường KOH 1M + glyxerol 0,5M ………...…52. - Hình 3.19. - Đường phân cực vòng của các điện cực tổ trong môi trường KOH 1M + glyxerol 0,5M . - Hình 3.20. - Đường cong phân cực nhiều vòng của điện cực Pt-Pd-Ni/GC tỉ lệ 1:1,5:60 trong môi trường KOH 1M + glyxerol 0,5M . - Thành phần dung dịch mạ và giá trị thế điện phân tương ứng với quá trình chế tạo vật liệu Pt/GC, Pd/GC và Ni/GC….……….……32 Bảng 3.2. - Giá trị thế và mật độ dòng cực đại của các điện cực biến tính một kim loại đo trong môi trường kiềm có chứa glyxerol Bảng 3.3. - Thành phần dung dịch mạ và giá trị thế điện phân tương ứng với quá trình chế tạo vật liệu tổ hợp hai kim loại Pt-Pd/GC, Pt-Ni/GC, Pd-Ni/GC ………….….39 Bảng 3.4. - Mật độ dòng và giá trị thế pic anot của đường cong phân cực vòng các điện cực Pt-Pd/GC khác nhau trong môi trường kiềm có chứa glyxerol…………..47 Bảng 3.5. - Mật độ dòng và giá trị thế tại pic anot của đường cong phân cực vòng các điện cực Pt-Ni/GC khác nhau trong môi trường kiềm có chứa glyxerol ………….49 Bảng 3.6. - Mật độ dòng và giá trị thế tại pic anot của đường cong phân cực vòng các điện cực Pd-Ni/GC khác nhau trong môi trường kiềm có chứa glyxerol. - Một trong những giải pháp quan trọng để khắc phục tình trạng khan hiếm cũng như phụ thuộc quá nhiều vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch là việc sử dụng các nguồn nhiên liệu sinh học (hay còn gọi là diesel sinh học) cho các hoạt động đời sống hàng ngày cũng như các hoạt động trong công nghiệp. - Nhiên liệu sinh học là chuỗi dài các axit béo được tạo ra từ sự thủy phân của dầu thực vật hoặc mỡ động vật, quy trình này thải ra khoảng 10% glyxerol như một sản phẩm phụ. - Vì vậy, việc sử dụng rộng rãi nhiên liệu sinh học kèm theo một lượng lớn glyxerol được thải ra.. - Glyxerol có mật độ năng lượng cao (~5 kWh/kg) [34], số electron trao đổi lớn (14e cho phân tử glyxerol) [34] ít độc hại hơn so với metanol và có thể bị oxi hóa điện hóa. - Vì vậy, bài toán về năng lượng sẽ đạt hiệu quả cao hơn nhiều và việc sử dụng nhiên liệu sinh học sẽ thân thiện hơn với môi trường nếu lượng sản phẩm phụ này được tiêu thụ cho sự hoạt động của pin nhiên liệu. - Mặc dù cho mật độ năng lượng cao và có sản lượng lớn, nhưng việc sử dụng glyxerol như nhiên liệu cho pin nhiên liệu còn có những khó khăn do việc oxi hóa rượu đa chức không đơn giản như metanol. - Một trong những vấn đề quyết định đến chất lượng của pin nhiên liệu sử dụng glyxerol đó là hiệu suất quá trình oxi hóa nhiên liệu. - Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng quá trình oxi hóa glyxerol nói riêng và các hợp chất ancol nói chung trong môi trường kiềm xảy ra dễ dàng và mạnh hơn cùng với sự có mặt của các chất xúc tác như Pt Au Pd [9,24,37]. - Tuy nhiên, sự dễ bị ngộ độc bởi các sản phẩm trung gian của quá trình oxi hóa của Pt và giá thành cao của các kim loại quý là những hạn chế của việc sử dụng platin và paladi tinh khiết. - Hàm lượng của Pt và Pd trong vật liệu xúc tác có thể giảm nhờ việc chế tạo vât liệu biến tính của chúng trên nền chất dẫn điện [11,44 ] hoặc chế tạo vật liệu tổ hợp có chứa chúng cùng với các kim loại khác . - Sự thể hiện các đặc trưng của từng kim loại trong vật liệu tổ hợp cũng như sự cộng hưởng tính chất của chúng là những ưu điểm mà vật liệu xúc tác tổ hợp có thể có được. - Trong số các kim loại, niken có giá thành không cao và thể hiện khả năng xúc tác điện hóa cho quá trình oxi các. - Nguyễn Thị Cẩm Hà (2007), “Nghiên cứu tính chất điện hóa của điện cực dạng oxit kim loại trong môi trường chất điện li và ứng dụng của chúng”, Luận án tiến sĩ Hóa học, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.. - Vũ Minh Hào (2012), “Chế tạo vật liệu xúc tác điện hóa nano Pt/C ứng dụng cho pin nhiên liệu metanol trực tiếp”, Báo cáo nghiên cứu khoa học, Khoa Công nghệ Hóa – Thực phẩm, Trường Đại học Lạc hồng, Biên Hòa.. - Trần Đăng Khánh (2008), “Nghiên cứu điều chế và tính chất điện hóa của niken hydroxit (oxit) có mặt các nguyên tố chuyển tiếp”, Luận văn Thạc sĩ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.. - Nguyễn Lan Phương (2011), “Nghiên cứu điều chế và tính chất điện hóa của lớp phủ platin và compozit của nó trên nền chất dẫn điện”, Luận văn thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.. - Trịnh Xuân Sén (2002), Điện hóa học, NXB Đại Học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội.. - Bidault F, Brett DJL, Middleton PH, et al (2009), “Review of gas diffusion cathodes for alkaline fuel cells”, Journal of Power Sources, 187, pp. - C.Coutanceau, L.Demarconnay, C.Lamy, J.M.Leger (2006), “Development of electrocatalysts for solid alkaline fuel cell”, Journal of Power Sources 156, pp. - E.Antolini, E.R.Gonzalez (2010), “Alkaline direct alcohol fuel cells”, Journal of Power Sources 195, pp. - Ermete Antolini (2007), “Catalysts for direct ethanol fuel cells”, Journal of Power Sources 170, pp. - Preparation, activity and investigation of electronic properties”, Journal of Power Sources, 196, pp. - An assessment of alkaline fuel cell technology”, Journal of Power Sources, 27, 5, pp. - electrochemical characterization of Pt/C nanocatalyst for polymer electrolyte fuel cells”, Journal of Power Sources, 134, pp. - K.Matsuoka, Y.Iritama, T.Abe, M.Matsuoka, Z.Ogumi (2005), “Alkaline direct alcohol fuel cells using an anion exchange membrane”, Journal of Power Sources, 150, pp. - Khalil (2004), “Nickel as a catalyst for the electro-oxidation of methanol in alkaline medium”, Journal of Power Sources, 134, pp