Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 4: Pin nhiên liệu - Trần Công Binh

NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 1 
0 
Bài giảng: 
NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 
ĐH BÁCH KHOA TP.HCM 
Giảng viên: ThS. Trần Công Binh 
5/2014 
Năng lượng tái tạo 1 
C5: PIN NHIÊN LIỆU 
1. Giới thiệu tích trữ năng lượng dùng pin nhiên liệu 
2. Bộ điện phân - Electrolyser 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
5. Ứng dụng pin nhiên liệu 
6. Phân tích pin nhiên liệu 
1. Nguyên lý hoạt động 
2. Enthalpy 
3. Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu 
4. Gibbs Free Energy và Hiệu suất thực pin nhiên liệu 
5. Pin nhiên liệu lý tưởng (tính dòng điện) 
6. Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế 
7. Các loại pin nhiên liệu 
8. Sản xuất hydrogen 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 2 
Năng lượng tái tạo 2 
1. Giới thiệu pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 3 
1. Giới thiệu pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 3 
Năng lượng tái tạo 4 
– Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu 
Bộ điện 
phân
Bộ tích 
trữ khí
Pin nhiên 
liệu
Nguồn điện Tải
1. Giới thiệu pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 5 
– Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu 
1. Giới thiệu pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 4 
Năng lượng tái tạo 6 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
Năng lượng tái tạo 7 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 5 
Năng lượng tái tạo 8 
– Bộ điện phân – Electrolyser 
Membrane 
- + 
Électrolyte solide 
Cathode Anode 
H2O 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
Năng lượng tái tạo 9 
H 
H 
O 
 e- 
 e- 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 6 
Năng lượng tái tạo 10 
H 
H 
O 
 e- 
 e- 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
Năng lượng tái tạo 11 
H 
H 
O 
2
- 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 7 
Năng lượng tái tạo 12 
H 
H 
O 
2
- 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
Năng lượng tái tạo 13 
Membrane 
- + 
E 
H2O 
H2 
H2O + 2e
- O2- + H2 
H 
H 
O 
2
- 
H 
H 
O 
Électrolyte solide 
Cathode Anode 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 8 
Năng lượng tái tạo 14 
Membrane 
- + 
O 2 - 
Électrolyte solide 
Cathode Anode 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
O 2 - 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
Năng lượng tái tạo 15 
O 
2
- 
O 
2
- 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 9 
Năng lượng tái tạo 16 
O 
 e- 
 e- 
O 
 e- 
 e- 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
Năng lượng tái tạo 17 
O 
O 
 e- 
 e- 
 e- 
 e- 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 10 
Năng lượng tái tạo 18 
O 
O 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
Năng lượng tái tạo 19 
O 
O 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 11 
Năng lượng tái tạo 20 
2 O2- O2 + 4e
- 
- + 
E O2 
Cathode Anode 
O 
2
- 
O 
2
- 
O 
O 
Électrolyte solide 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
Năng lượng tái tạo 21 
O2- ½ O2 + 2e
- 
Membrane 
- + 
E 
O2- 
½ O2 
H2O 
H2 
Cathode Anode 
H2O + 2e
- O2- + H2 
Électrolyte solide 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 12 
Năng lượng tái tạo 22 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
Năng lượng tái tạo 23 
2. Bộ điện phân – Electrolyser 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 13 
Năng lượng tái tạo 24 
Mô hình tích trữ năng lượng dùng Pin nhiên liệu 
Bộ điện 
phân
Bộ tích 
trữ khí
Pin nhiên 
liệu
Nguồn điện Tải
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
Năng lượng tái tạo 25 
Hoạt động của Pin nhiên liệu 
Pin nhiên liệu tổng hợp Hydro và Oxy thành nước, 
trong quá trình đó sinh ra dòng điện cung cấp cho các thiết bị điện hoạt động 
2H2 + O2 = 2H2O 
 2e2HH2 O22H2O4e4H 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 14 
Năng lượng tái tạo 26 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
Năng lượng tái tạo 27 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 15 
Năng lượng tái tạo 28 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
Năng lượng tái tạo 29 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 16 
Năng lượng tái tạo 30 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
Năng lượng tái tạo 31 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 17 
Năng lượng tái tạo 32 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
Năng lượng tái tạo 33 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 18 
Năng lượng tái tạo 34 
Pin nhiên liệu – PEMFC 
Er = 1.23 V 
3. Pin nhiên liệu – Fuel cell 
Năng lượng tái tạo 35 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 19 
Năng lượng tái tạo 36 
Electric Energy 
(Solar, ) 
Flux vector 
Hydrogen 
for energy 
Stock vector 
Electrolyser 
I (A) 
V (volt) 
2 1 0,5 1,5 
I (A) 
Fuel cell 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 37 
Bộ điện phân – Electrolyser 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 20 
Năng lượng tái tạo 38 
Pin nhiên liệu – Fuel cell 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 39 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 21 
Năng lượng tái tạo 40 
– H2 /O2 
 H2 /không khí 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 41 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 22 
Năng lượng tái tạo 42 
Thí nghiệm Pin nhiện liệu 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 43 
Thí nghiệm Pin nhiện liệu tại GPL 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 23 
Năng lượng tái tạo 44 
Thí nghiệm Pin nhiện liệu 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 45 
Thí nghiệm Pin nhiện liệu 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 24 
Năng lượng tái tạo 46 
Sinh viên làm LVTN dùng Bộ điện phân 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 47 
Mô hình mạch nạp cho bộ điện phân. 
4. Mô hình tích trữ pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 25 
Năng lượng tái tạo 48 
5. Ứng dụng pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 49 
Surveillance Robotics
5. Ứng dụng pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 26 
Năng lượng tái tạo 50 
Honda 
FCX 
Daiamler B-Class 
(2010) 
GM 
Equinox 
5. Ứng dụng pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 51 
Pin nhiên liệu 
Sạc điện từ lưới 
điện cố định 
Xe điện 
5. Ứng dụng pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 27 
Năng lượng tái tạo 52 
Pin nhiên liệu 
Sạc điện từ pin mặt trời 
ngay lúc đang chạy 
Xe điện lai 
Bộ quản lý 
năng lượng 
5. Ứng dụng pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 53 
5. Ứng dụng pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 28 
Năng lượng tái tạo 54 
1. Nguyên lý hoạt động 
2. Enthalpy 
3. Entropy và hiệu suất lý tưởng của pin nhiên liệu 
4. Gibbs Free Energy và Hiệu suất thực pin nhiên liệu 
5. Pin nhiên liệu lý tưởng (tính dòng điện) 
6. Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế 
7. Các loại pin nhiên liệu 
8. Sản xuất hydrogen 
6. Phân tích pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 55 
Nguyên lý hoạt động 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 29 
Năng lượng tái tạo 56 
Nguyên lý hoạt động 
Năng lượng tái tạo 57 
Enthalpy 
Enthalpy (H) của một hợp chất là lượng năng lượng cần để 
kết hợp các nguyên tố thành hợp chất. 
Với U là nội năng của hợp 
chất, áp suất P, và thể tích V 
Enthalpy: H = U + P.V 
Điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn là 25oC, 1atm 
(Standard Temperature and Pressure - STP) 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 30 
Năng lượng tái tạo 58 
Enthalpy 
Năng lượng tái tạo 59 
Enthalpy 
 H = H (chất tạo thành) – H (chất phản ứng) 
 H < 0, phản ứng tỏa nhiệt 
High heating value: HHV = | H| 
CH4 (khí) + 2 O2 (khí) CO2 (khí) + 2 H2O (lỏng) 
 (-74,9) 2x(0) (-393,5) 2x(-285,8) 
 H = (-393,5) + 2x(-285,8) - (-74,9) - 2x(0) 
 = -890,2 kJ/mol (khí CH4) 
Nhiệt lượng tối đa tỏa ra là HHV = 890,2 kJ/mol 
1 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 31 
Năng lượng tái tạo 60 
Enthalpy 
Ví dụ 4.8: Tìm HHV của phản ứng oxy hóa khí Metan CH4 tạo 
thành CO2 và nước (ở thể lỏng) theo kJ/mol, kJ/kg và kJ/lit CH4? 
Năng lượng tái tạo 61 
Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu 
Enthalpy: lượng năng lượng cung cấp cho phản ứng. 
Entropy: (thường) gia tăng khi có phản ứng. 
Entropy: 
(T: nhiệt độ tuyệt đối, oK) 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 32 
Năng lượng tái tạo 62 
Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 63 
Hoạt động của Pin nhiên liệu 
Pin nhiên liệu tổng hợp Hydro và Oxy thành nước, 
trong quá trình đó sinh ra dòng điện cung cấp cho các thiết bị điện hoạt động 
2H2 + O2 = 2H2O 
 2e2HH2 O22H2O4e4H 
Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 33 
Năng lượng tái tạo 64 
Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu 
 S = S (chất phản ứng) – S (chất tạo thành) 
Q  T. S Qmin = T. S 
Q > 0: phản ứng tỏa nhiệt!!! 
CH4(khí) + 2 O2(khí) CO2(khí) + 2 H2O(lỏng) + Q 
(0,186) 2x(0,205) (0,213) 2x(0,0699) (>T. S) 
 S = (0,186) + 2x(0,205) - (0,213) - 2x(0,0699) 
 = 0,2432 kJ/K/mol (khí CH4) 
Qmin=T. S=(273,15+25)*0,2432 =72,51 kJ/mol khí CH4 
max = 1- Qmin/ | H| = 1 - 72,51 / 890,2 =91,85% 
Năng lượng tái tạo 65 
Entropy và hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu 
max = 1- Qmin/ H = 1 - 48,5 / 258,8 =83% 
Ví dụ 4.9: Nhiệt lượng phát sinh tối thiểu từ phản ứng: 
Giả sử một pin nhiên liệu hoạt động ở 25oC (298K) và 1 
atm tạo thành nước: 
a) Tìm nhiệt lượng Qmin phát sinh từ phản ứng cho mỗi mol H2? 
b) Tìm hiệu suất cực đại của pin nhiên liệu? 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 34 
Năng lượng tái tạo 66 
Gibbs Free Energy và Hiệu suất của pin nhiên liệu 
Free energry: 
Hiệu suất: 
Ví dụ 4.10: Tìm hiệu suất cực đại của pin nhiên liệu 
PEM (Proton-Exchange-Membrane) oxy hóa hydro 
theo HHV, và theo Gibbs Free Energy? 
Năng lượng tái tạo 67 
Gibbs Free Energy và Hiệu suất của pin nhiên liệu 
 G = G (chất tạo thành) - G (chất phản ứng) 
CH4 (khí) + 2 O2 (khí) CO2 (khí) + 2 H2O (lỏng) 
 (-50,8) 2x(0) (-394,4) 2x(-237,2) 
 G = (-394,4) + 2x(-237,2) - (-50,8) - 2x(0) 
 = -818 kJ/mol (khí CH4) 
max = G/ H = (-818) / (-890,2) = 91,89% 
Ví dụ: Tìm hiệu suất cực đại của khi oxy hóa khí metan 
theo Gibbs Free Energy của hydro? 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 35 
Năng lượng tái tạo 68 
Pin nhiên liệu lý tưởng 
• q = điện tích 1 electron = 1,602 .10-19 Cuolombs 
• N = hằng số Avogadro = 6,022 .1023 phân tử/mol 
• V = thể tích một mol khí lý tưởng ở STP =22,4-l/mol 
• n = lưu lượng khí cấp cho pin nhiên liệu (mol/s) 
• I = dòng điện 1 (A) = 1 Coulombs/s 
• Vr = điện áp lý tưởng qua 2 cực pin nhiên liệu (V) 
• P = công suất pin nhiên liệu phát ra (W) 
• ne = số electron tạo ra dòng điện từ mỗi phân tử 
Năng lượng điện sinh ra: We = | G| 
Năng lượng tái tạo 69 
Pin nhiên liệu lý tưởng 
Ví dụ : 1 tế bào pin nhiên liệu lý thuyết dùng khí CH4, hoạt 
động ở điều kiện tiêu chuẩn, nước tạo ra ở thể lỏng. 
a) Tính khối lượng CH4 cần cung cấp cho pin nhiên liệu lý 
tưởng để tạo ra 1kWh điện? 
b) Nếu lưu lượng tiêu thụ CH4 là 1-lit/phút, tính dòng điện 
và công suất lý thuyết? 
c) Tính lại câu b nếu 10% lượng khí CH4 thất thoát? 
(W) 
(A) 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 36 
Năng lượng tái tạo 70 
Pin nhiên liệu lý tưởng 
Điện áp lý thuyết của 1 tế bào 
pin nhiên liệu (EMFmax): 
Năng lượng tái tạo 71 
Pin nhiên liệu lý tưởng 
H2 (khí) + 1/2 O2 (khí) H2O (lỏng) 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 37 
Năng lượng tái tạo 72 
Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế 
Năng lượng tái tạo 73 
Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế 
Đặc tuyến của 1 tế bào pin nhiên liệu H2. Chú ý A tính theo cm
2. 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 38 
Năng lượng tái tạo 74 
Đặc tuyến của pin nhiên liệu thực tế 
Ví dụ 4.11: Bộ pin nhiên liệu dùng H2, công suất 
1kW, điện áp 48V, điện áp trên mỗi tế bào là 0,6V. 
Tính số tế bào và diện tích màng lọc của mỗi tế bào? 
Biết pin nhiên liệu có đặc tuyến như hình 4.29: 
V = 0,85 – 0,25J = 0,85 – 0,25 I/A 
Năng lượng tái tạo 75 
Các loại pin nhiên liệu 
1. Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) 
– Pin nhiên liệu trao đổi hạt nhân qua màn lọc 
2. Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) – Pin nhiên 
liệu methanol trực tiếp 
3. Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC) – Pin nhiên 
liệu axit phosphoric 
4. Alkaline Fuel Cells (AFC) – Pin nhiên liệu kiềm 
5. Molten-Carbonate Fuel Cells (MCFC) – Pin nhiên 
liệu carbon nóng chảy 
6. Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) – Pin nhiên liệu 
oxit rắn 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 39 
Năng lượng tái tạo 76 
Các loại pin nhiên liệu 
Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) 
Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) 
Eff ≈ 45% 
Năng lượng tái tạo 77 
Các loại pin nhiên liệu 
Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC) 
Alkaline Fuel Cells (AFC) 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 40 
Năng lượng tái tạo 78 
Các loại pin nhiên liệu 
Molten-Carbonate Fuel Cells (MCFC) 
Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) 
Năng lượng tái tạo 79 
Các loại pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 41 
Năng lượng tái tạo 80 
Các loại pin nhiên liệu 
Năng lượng tái tạo 81 
Các loại pin nhiên liệu 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 42 
Năng lượng tái tạo 82 
Sản xuất hydrogen 
1. Methane Steam Reforming (MSR) 
2. Partial Oxidation (POX) 
3. Gasification of Biomass, Coal, or Wastes 
4. Electrolysis of Water 
Năng lượng tái tạo 83 
Sản xuất hydrogen 
Methane Steam Reforming (MSR) 
Partial Oxidation (POX) 
Gasification of Biomass, Coal, or Wastes 
Electrolysis of Water 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 43 
Năng lượng tái tạo 84 
Sản xuất hydrogen 
Năng lượng tái tạo 85 
Sản xuất hydrogen 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 44 
Năng lượng tái tạo 86 
Bài tập 
Năng lượng tái tạo 87 
Bài tập 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 45 
Năng lượng tái tạo 88 
Bài tập 
Bài tập 1: Tính toán nhiệt lượng (kJ/mol, kJ/kg) và 
hiệu suất lý thuyết của pin nhiên liệu dùng CH3OH 
ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC)? Biết 
nước tạo ra ở thể lỏng. 
Bài tập 2: Pin nhiện liệu dùng khí H2 để phát điện 
cho tải? Biết pin tiêu thụ 5lit H2 /giờ ở điều kiện tiêu 
chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Nước tạo ra ở thể lỏng. 
a) Tính công suất lý thuyết của pin? 
b) Giả sử hiệu suất của pin là 50%. Tính toán 
công suất của pin? 
c) Giả sử hiệu suất của pin là 50% hiệu suất lý 
thuyết. Tính toán công suất của pin? 
d) Tính dòng điện của pin? Biết pin nhiên liệu 
chỉ gồm 1 tế bào. 
Năng lượng tái tạo 89 
Bài tập 
Bài tập 3: Tính toán dòng điện và công suất cấp 
điện cho tải từ 1 tế bào pin nhiện liệu dùng khí 
CH4? Biết pin tiêu thụ 10lit CH4 /giờ ở 1atm, 25
oC). 
Nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin 
bằng ½ hiệu suất lý thuyết. 
Bài tập 4: Tính toán lưu lượng khí H2 cung cấp 
cho pin nhiện liệu dùng để phát điện cho tải bóng 
đèn 50W ở 1atm, 25oC). Nước tạo ra ở thể lỏng. 
Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu suất lý 
thuyết. Khi đó tính dòng điện và điện áp trên bóng 
đèn. Biết pin nhiên liệu có 20 tế bào ghép nối tiếp. 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 46 
Năng lượng tái tạo 90 
Bài tập 
Bài tập 5: Tính toán khối lượng CH3OH cung cấp 
cho pin nhiện liệu để tạo ra 1kWh điện ở điều kiện 
tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở 
thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu 
suất lý thuyết. 
Bài tập 6: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 
kg CH3OH cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện 
tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở 
thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 50% hiệu 
suất lý thuyết. 
Năng lượng tái tạo 91 
Bài tập 
Bài tập 7: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 lit 
khí CH4 cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện 
tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở 
thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 60% hiệu 
suất lý thuyết. 
Bài tập 8: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 
kg H2 hóa lỏng cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều 
kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo 
ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng 50% 
hiệu suất lý thuyết. 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 47 
Năng lượng tái tạo 92 
Bài tập 
Bài tập 9: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 
kg CH4 cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều kiện tiêu 
chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo ra ở thể 
khí. Giả sử hiệu suất của pin là 40%. 
Bài tập 10: Tính toán lượng điện năng tạo ra từ 1 
lit CH3OH (lỏng) cung cấp cho pin nhiện liệu ở điều 
kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 25oC). Biết nước tạo 
ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin bằng là 
50%. Biết khối lượng riêng của CH3OH là 
792kg/m3. 
Năng lượng tái tạo 93 
Bài tập 
Bài tập 11: Tế bào pin nhiên liệu dùng khí hydro, 
đang cung cấp cho tải 10W, điện áp 0,6V. Biết pin 
nhiên liệu có hiệu suất chuyển đổi khí hydro là 90%, 
có đặc tuyến: V = 0,85 – 0,25J = 0,85 – 0,25 I/A 
a) Tính lưu lượng khí hydro cung cấp cho pin? 
b) Tính diện tích màng lọc của pin? 
c) Tính hiệu suất của pin? 
Biết nước tạo ra ở thể lỏng, pin làm việc ở STP. 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 48 
Năng lượng tái tạo 94 
Bài tập 
Bài tập 12: Bộ pin nhiện liệu loại 20 tế bào giống 
nhau, ghép nối tiếp dùng khí CH4? Biết bộ pin tiêu 
thụ 10lit CH4 /giờ ở điều kiện tiêu chuẩn (STP, 1atm, 
25oC). Hiệu suất chuyển đổi khí là CH4 là 95%. 
Nước tạo ra ở thể lỏng. Giả sử hiệu suất của pin 
bằng ½ hiệu suất lý tưởng. 
a) Tính công suất cấp cho tải? 
b) Tính dòng điện cấp cho tải? 
c) Tính điện áp cấp cho tải? 
d) Tính toán diện tích màng lọc của mỗi tế bào? Giả 
sử mật độ dòng điện của tế bào ở điểm làm việc này 
là 1A/cm2. 
Năng lượng tái tạo 95 
Bài tập 
Bài tập 13: 1 tế bào pin nhiên liệu hydro phản ứng oxy 
tạo thành nước ở thể lỏng (ở STP: 1 atm, 25 C). 
a) Tính hiệu suất lý thuyết cực đại? 
b) Biết hiệu suất thực bằng 50% hiệu suất lý thuyết, tính 
lượng điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg hydro? 
Pin tiêu thụ 2 lít khí hydro /giờ: 
c) Tính dòng điện, công suất lý thuyết cực đại của pin? 
d) Giả sử hiệu suất thực bằng 60% hiệu suất lý thuyết, 
khí hydro được chuyển đổi giải phóng electron hoàn 
toàn, tính công suất và điện áp thực của pin? 
e) Giả sử mật độ dòng điện qua màng lọc của mỗi tế bào 
là 0,45 A/cm2. Tính diện tích màng lọc của pin? 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 49 
Năng lượng tái tạo 96 
Bài tập 
Bài tập 14: 1 tế bào pin nhiên liệu methanol CH3OH tạo 
thành nước ở thể lỏng (ở STP: 1atm, 25C). 
a) Tính HHV (kJ/mol, kJ/kg CH3OH) và hiệu suất lý thuyết 
cực đại của pin? 
b) Tính điện năng (kWh) được tạo ra từ 1 kg methanol? Biết 
hiệu suất thực bằng 60% hiệu suất lý thuyết. 
Biết khối lượng riêng CH3OH là 792kg/m3. Phản ứng phát 6 
electron. Methanol chuyển đổi giải phóng được 90% electron: 
c) Pin tiêu thụ 4 lít methanol lỏng/giờ. Tính dòng điện và 
công suất cực đại theo lý thuyết của pin? Tính điện áp hở 
mạch của tế bào pin? 
d) Nếu hiệu suất thực bằng 60% hiệu suất cực đại trên, tính 
dòng điện, công suất và điện áp của pin với 4 lit/giờ? 
Năng lượng tái tạo 97 
Tài liệu tham khảo 
1. Gilbert M. Masters, "Renewable and Efficient 
Electric -Power Systems" -JOHN WILEY & SONS, 
2004. 
2. Chris Rayment, Scott Sherwin, "Introduction to 
Fuel Cell Technology", Department of Aerospace 
and Mechanical Engineering, University of Notre 
Dame, 2003. 
NLTT Trần Công Binh 
ĐH Bách Khoa TP.HCM 50 
98 
TB 
Trần Công Binh 
GV ĐH Bách Khoa TP.HCM 
Phone: 0908 468 100 
Email: tcbinh@hcmut.edu.vn 
 binhtc@yahoo.com 
Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh