Lịch sử phát minh ra pin nhiên liệu

Lịch sử phát minh ra pin nhiên liệu

Nếu không có năng lượng, liệu có thứ gì tồn tại trên thế giới? Các sinh vật sống như bạn và tôi, hệ thực vật và động vật cần một dạng năng lượng nào đó để tồn tại. Một chiếc xe đạp, ô tô, mô tô, tivi, mọi thứ đều cần một ít năng lượng để khởi động, tăng tốc và thậm chí dừng lại. Vì vậy, dạng năng lượng cần thiết cho sự sinh tồn hoặc cho sự bền vững được gọi là năng lượng nhiên liệu. Nhiên liệu có thể là bất kỳ dạng năng lượng nào. Ví dụ, thực phẩm chúng ta tiêu thụ có thể được làm từ carbohydrate, protein hoặc thậm chí là chất béo có thể được chuyển đổi thành dạng dự trữ glycogen. Tương tự, bất kỳ dạng năng lượng nào cũng có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho các thiết bị điện và điện tử. Giống như năng lượng thủy điện từ nước hoặc năng lượng mặt trời từ Mặt trời, năng lượng gió từ dòng không khí mạnh và năng lượng thủy triều từ thủy triều dâng cao của đại dương, nhiều nguồn năng lượng khác nhau có thể chỉ sử dụng một lần làm nhiên liệu. Bạn có muốn biết thêm về lịch sử phát minh cụ thể về pin nhiên liệu không? Vâng, tiếp tục đọc.

Tế bào nhiên liệu thực sự là gì?

Việc chuyển đổi năng lượng hóa học từ nhiên liệu thành năng lượng điện kèm theo oxy hoặc chất oxy hóa khác được thực hiện bởi các pin nhiên liệu này. Hydro, hydrocarbon và metanol cũng có thể được sử dụng trong pin nhiên liệu. Được cung cấp các tác nhân oxy hóa thiết yếu, pin nhiên liệu có thể cung cấp năng lượng liên tục. Không giống như pin, chúng cần được cung cấp liên tục và nhanh chóng các yếu tố này.

Trong các thế kỷ trước, do không có sự giao tiếp tốt hơn giữa con người với nhau nên các nhà khoa học có suy nghĩ tương tự thường đưa ra giả thuyết tương tự trong nhiều lĩnh vực. Điều này cũng đã xảy ra với việc phát minh ra pin nhiên liệu.

Những người đứng sau việc phát minh ra pin nhiên liệu

Năm 1838, hai nhà vật lý từ hai quốc gia khác nhau đã thực hiện cùng một động thái hướng tới việc phát minh ra pin nhiên liệu. Christian Friedrich Schonbein, một nhà vật lý người Đức và William Grove, một nhà vật lý người xứ Wales là hai người đã đưa ra một ý tưởng kích thích tư duy tương tự. Trong công trình nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 1860 – 1880, pin nhiên liệu đã được sử dụng trong động cơ đốt trong.

Sự can thiệp của Schonbein

                                                                    Christian Friedrich Schonbein

Năm 1839, Schonbein xuất bản một bài báo về sự tương tác giữa oxy và phân tử hydro trên tạp chí triết học vào năm 1839. Ông nổi tiếng với những khám phá khác như phân tử ozone và các thí nghiệm khác liên quan đến hiện tượng điện phân của nước.

Ngài William Robert Grove tự hào vì đã chế tạo được pin nhiên liệu cơ bản đầu tiên. Anh ấy cũng đã chứng minh khả năng thiết lập của mình cho người khác. Ông đã thực hiện công trình này bằng cách nghiên cứu những nhược điểm của mô hình pin nhiên liệu khác do Christian Schonbein chế tạo trước đó.

Công việc của Grove về pin nhiên liệu

William Grove  

Năm 1842, Grove chế tạo pin điện khí, là pin nhiên liệu. Ông không đặt tên nó như pin nhiên liệu. Grove sinh ra ở Swansea. Ông đang làm giáo sư khoa Vật lý tại viện London, Vương quốc Anh. Tế bào do ông phát triển được làm bằng công nghệ pin có điện cực kẽm và bạch kim bên trong. Hai điện cực được tiếp xúc với axit sulfuric và nitric. Các axit được tách ra khỏi nhau bằng bình sứ. Nồi gốm là loại xốp sẽ tạo điều kiện thuận lợi hoặc tăng cường sự trao đổi của hai chất điện phân. Cơ cấu này đã đạt được thành công và danh tiếng lớn và được tiếp tục sử dụng trong các trạm điện báo.

Điện phân ngược – Nguyên tắc đằng sau việc phát minh ra pin nhiên liệu

Nguyên tắc cơ bản đằng sau việc phát minh ra các mẫu pin nhiên liệu khác nhau là điện phân ngược. Chúng ta biết rằng nước bao gồm hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy. Bước đầu tiên, phân tử nước được tách thành các nguyên tử hydro và oxy. Cuối cùng, khi các nguyên tử này kết hợp với nhau, chúng sẽ tổng hợp ra điện. Đây là nguyên tắc duy nhất đằng sau việc phát minh ra pin nhiên liệu.

Khi hai bình thủy tinh, mỗi bình chứa oxy và hydro được nhúng vào chất điện phân như axit sunfuric loãng, sẽ có một điện áp được tạo ra giữa hai bình. Khi nhiều cơ cấu này được liên kết với nhau bằng pin khí, rất có thể sẽ tạo ra điện áp cao hơn.

Ai đặt ra thuật ngữ tế bào nhiên liệu?

Thuật ngữ pin nhiên liệu được đưa ra bởi Ludwig Mond và Charles Langer. Cả Charles và Ludwig đều là nhà hóa học. Họ đã thực hiện các thí nghiệm để cung cấp pin khí và sau đó họ đặt tên cho nó như vậy. Hai thành phần chính được sử dụng trong mô hình của họ là không khí trong khí quyển và khí than công nghiệp. Khi việc sử dụng động cơ đốt trong lên đến đỉnh điểm thì sự phát triển của pin nhiên liệu cũng được ghi nhận.

Francis Bacon và pin nhiên liệu

                                                                                    Francis Bacon

Francis Bacon đã có những tiến bộ trong mô hình do Mond và Charles phát triển. Một trong những khác biệt đáng chú ý mà ông thực hiện là giới thiệu các điện cực được làm bằng niken. Ông đã thay thế chất điện phân axit sulfuric bằng kali hydroxit vì ông cảm thấy nó có thể ăn mòn các điện cực. Khi kết thúc nghiên cứu dài hạn của mình, Bacon đã chứng minh được một loại pin nhiên liệu có khả năng tổng hợp tới 5 kilowatt năng lượng.

Những ứng dụng ban đầu của pin nhiên liệu

Những người không gian chuyển sang sử dụng pin nhiên liệu sau khi phóng tàu Sputnik vào năm 1957. Ban đầu, pin nhiên liệu được ứng dụng trong NASA - Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia. Những tế bào này đã được NASA sử dụng trong các sứ mệnh hạ cánh lên mặt trăng và các viên nang không gian quay quanh quỹ đạo Trái đất. Ở đó, nó được sử dụng để tạo ra năng lượng cho vệ tinh, tàu thăm dò và tàu vũ trụ trong nhiều chương trình không gian. Sau đó chúng được sử dụng làm nguồn dự phòng chính cho các ngành công nghiệp và các tòa nhà lớn. Nó cũng được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các khu vực bên trong không thể tiếp cận được.

Pin nhiên liệu Neidrach-Grubb

Willard Thomas Grubb là một nhà khoa học làm việc cho GE. Ý tưởng của ông khá độc đáo so với phần còn lại của thế giới. Thay vì dùng chất kiềm hoặc axit loãng, ông sử dụng polyestrene sunfonat hóa làm chất điện phân. Đồng nghiệp của ông, Leonard Neidrach, đã tiến bộ hơn nữa. Anh ấy đã cố gắng phát triển một cách để gửi bạch kim vào hệ thống do Grubb thực hiện. Thiết lập cuối cùng này được gọi là pin nhiên liệu Neidrach-Grubb. Chúng được sử dụng bởi GE và NASA. Thiết lập cuối cùng này cũng được sử dụng trong dự án không gian Gemini.

Đầu những năm 1970, việc ứng dụng pin nhiên liệu tập trung nhiều hơn vào các hệ thống trên trái đất nhằm đáp ứng cuộc khủng hoảng năng lượng.