Hoá học vật liệu

Pin nhiên liệu, siêu tụ điện

So sánh pin nhiên liệu chuyển liên tục năng lượng tự do hoá học của chất phản ứng với siêu tụ điện lưu trữ và giải phóng nhanh năng lượng điện tại giao diện hoặc qua phản ứng oxi hoá-khử nhanh.

Trực giácNguồn phát liên tục hay bộ đệm nhanh?

Pin nhiên liệu tạo dòng khi được cấp nhiên liệu và chất oxi hoá; năng lượng nằm trong chất phản ứng và sản phẩm rời khỏi thiết bị. Siêu tụ điện lưu trữ điện tích hữu hạn trong thiết bị và có thể cấp nhanh, nhưng sau đó phải nạp lại. Vì vậy vai trò và đại lượng đánh giá của chúng khác nhau.

Phổ thôngNguyên lý hoạt động

Pin nhiên liệu màng trao đổi proton dùng hydrogen oxi hoá H₂ ở anode và khử O₂ ở cathode. Electron đi qua tải còn proton qua màng; nước và nhiệt được tạo ra. Các hoá học pin nhiên liệu khác dùng ion, nhiên liệu, nhiệt độ và vật liệu điện cực khác nhau.

Đại họcCông suất, năng lượng và điện áp

Với tụ lý tưởng, năng lượng lưu trữ tỷ lệ với điện dung và bình phương điện áp. Điện áp thuận nghịch của pin nhiên liệu theo năng lượng Gibbs trên mỗi electron chuyển giao, còn điện áp thực giảm khi có tải do tổn hao hoạt hoá, ohmic và nồng độ. Công suất bằng điện áp nhân dòng; riêng mật độ công suất cực đại hay mật độ năng lượng không phản ánh tuổi thọ hoặc hiệu suất toàn hệ.

Nâng caoĐiện cực, vận chuyển và tổn hao

Điện cực siêu tụ xốp tạo diện tích bề mặt lớn có thể tiếp cận; ion điện phân hình thành lớp điện kép, còn vật liệu giả điện dung bổ sung điện tích faraday nhanh, thuận nghịch. Kích thước lỗ xốp, độ thấm ướt, solvat hoá ion và độ dẫn điện tử chi phối điện dung hữu dụng và tốc độ. Hiệu năng pin nhiên liệu còn phụ thuộc khuếch tán khí, quản lý nước, mức sử dụng xúc tác và độ dẫn màng.

Nghiên cứuBiên giới nghiên cứu