Cách tạo một pin nhiên liệu hydrogen đơn giản

Cách tạo một pin nhiên liệu hydrogen đơn giản (H2N2)-Pin nhiên liệu là một thiết bị chuyển hóa nhiên liệu như khí hydro, rượu, xăng, hay khí metan trực tiếp thành dòng điện. Pin nhiên liệu hydrogen tạo ra được dòng điện mà không gây ra bất kỳ sự ô nhiễm nào, vì sản phẩm tạo ra là nước tinh khiết. Pin nhiên liệu hydrogen được sử dụng cho tàu du hành vũ trụ và các ứng dụng kỹ thuật cao khác hay những nơi cần tránh sự ô nhiễm, hay nơi cần nguồn năng lượng có hiệu quả cao. Bạn có thể tạo được một pin nhiên liệu chỉ với 10 phút trong nhà bếp và thấy được khí hydro và khí oxy kết hợp với nhau như thế nào để tạo thành năng lượng điện sạch. Để làm một pin nhiên liệu chúng ta cần: - Một dây Nickel phủ Platin, hay platin nguyên chất. - Một que kem, một mảnh gỗ, hay một mảnh nhựa hình chữ nhật. - Một đầu kẹp pin 9 vol. - Một pin 9 vol. - Một vài mảnh băng keo trong suốt. - Một ly thủy tinh. - Một vol kế. - Dây điện. Đầu tiên cắt dây platin thành hai dây nhỏ chiều dài khoảng 10 cm, xoắn 2 dây này thành hai cuộn xoắn nhỏ để làm điện cực cho pin nhiên liệu Kế tiếp, Gọt bỏ phần nhựa bên ngoài ở đầu còn lại của hai dây dẫn nối với đầu kẹp pin. Nối hai đầu này vào hai cuộn platin. Hai dây điện khác được nối từ hai cuộn Platin ra và đầu còn lại nối vào vol kế. Hai điện cực được dán dính cứng vào thanh gỗ. Cuối cùng thanh gỗ được đặt lên trên, nằm ngang và được dán cứng vào ly nước, sao cho hai điện cực bị ngập trong nước gần hết chiều dài của chúng. Dây điện nối với hai cuộn điện cực phải không được chạm mặt nước, chỉ có phần mạ platin tiếp xúc với nước. Nối dây màu đỏ vào đầu cực dương của vol kế, và dây màu đen nối với đầu âm của vol kế. Giá trị trên vol kế sẽ báo là zero, hay trường hợp có thể giá trị dao động lên một chút như 0.01 V. Quá trình làm pin nhiên liệu hoàn tất, Để vận hành pin nhiên liệu ta cần phải có những bọt khí hydro bám vào một điện cực, và khí oxy bám vào một điện cực khác. Để làm được như vậy một phương pháp rất đơn giản được tiến hành như sau. Chúng ta đặt hai đầu cực của pin 9 vol vào đầu kẹp của chúng (không cần phải gắn cứng vào, do chỉ cần cho tiếp xúc khoảng vài giây). Gắn Pin vào đầu kẹp thì nước tiếp xúc với các điện cực platin bị phân ly thành khí hydro và khí oxy, quá trình này gọi là điện phân. Có thể thấy những bọt khí nhỏ được sinh ra ở các điện cực khi pin được gắn vào. Bây giờ gỡ bỏ pin ra. Nếu không có lớp phủ platin thì giá trị trên vol kế sẽ trở về zero, do đã gỡ Pin ra. Nhưng ở đây khi gỡ Pin ra thì giá trị trên vol kế vẫn hiển trị, do Platin kim loại như là chất xúc tác, cho phép hydrogen và oxygen kết hợp với nhau. Quá trình phản ứng sẽ đảo ngược trở lại. Thay vì cung cấp điện để phân ly nước, thì bây giờ hydrogen và oxygen kết hợp lại tạo thành dòng điện và nước. Chúng ta bắt đầu có giá trị hơn 2 vol của pin nhiên liệu. Những bọt khí hòa tan trong nước được sử dụng để phản ứng. Điện thế của pin nhiên liệu ban đầu giảm nhanh và dần dần giảm chậm lại sau thời gian khoảng 1 phút. Giá trị thế nhỏ và giảm chậm là do những bọt khí còn sót lại lở lửng trong nước tạo ra điện. Quá trình trên chúng ta đã chuyển năng lượng điện 9 vol thành các bọt khí hydro và oxy. Đây là quá trình nạp điện. Chúng ta có thể lấy các bọt khí hydro và oxy từ các nguồn khác để có được dòng điện. Chúng ta có thể sản xuất khí hydro và oxy từ nguồn năng lượng mặt trời vào ban ngày. Sau đó dự trữ chúng và sử dụng để tạo dòng điện vào ban đêm. Chúng ta cũng có thể dự trữ khí hydro trong các bình khí nén trên xe hơi chạy bằng năng lượng điện. Chúng ta có hai quá trình: điện phân nước tạo khí hydro và khí oxy, và kết hợp trở lại của hai khí này để tạo thành điện. Quá trình điện phân nước Điện cực nối với đầu âm của pin cung cấp electron. Điện cực âm sẽ cho 4 electron kết hợp với 4 phân tử nước tạo thành 2 phân tử hydrogen và 4 ion OH-. Những bọt khí hydro và ion âm OH- di chuyển ra khỏi điện cực và đi vào lòng chất lỏng. Ở điện cực khác, điện cực nối với đầu dương của Pin, điện cực nhiễm điện dương và thiếu electron, nên lấy electron từ phân tử nước, tạo ra ion dương H+ và phân tử khí oxy. Bọt khí Oxy và ion H+ rời khỏi điện cực và di chuyển vào lòng chất lỏng. Proton ( ion H+) kết hợp với OH- tạo thành lại phân tử nước Quá trình tạo dòng điện Khi Pin được lấy ra, các phân tử Hydrogen dưới dạng các bọt khí tiến đến điện cực, vỡ ra và xảy ra phản ứng với xúc tác Platin tạo ra H+ (proton) và các electron. Ở điện cực còn lại, phân tử oxygen chứa trong các bọt khí tiến đến bề mặt điện cực, dưới xúc tác Platin và Oxygen sẽ nhận electron đồng thời kết hợp với H+ trong nước ( mới vừa được tạo thành) tạo thành phân tử nước. Điện cực oxygen sẽ mất 2 electron cho mỗi phân tử khí Oxy. Điện cực Hydrogen sẽ nhận 2 electron cho mỗi phân tử khí hydro. Electron ở điện cực hydrogen sẽ chạy sang điện cực oxygen, và tạo thành dòng điện trên dây dẫn nối hai điện cực. Trên dây dẫn nối các thiết bị tiêu thụ điện như đèn hay vol kế. Quá trình tạo ra điện được tóm tắt với hình sau: