Pin nhiên liệu oxit rắn có thể thay đổi phương tiện vận chuyển không?

Khi nhu cầu năng lượng của chúng ta ngày càng tăng, thì sự phụ thuộc của chúng ta vào nhiên liệu hóa thạch cũng tăng theo. Tuy nhiên, nỗi lo nguồn tài nguyên cạn kiệt và sự phụ thuộc ngày càng tăng vào dầu mỏ nước ngoài đã khiến người ta chú ý đến các nguồn năng lượng thay thế, chẳng hạn như pin nhiên liệu. Thay vì đốt cháy nhiên liệu, chúng hoạt động bằng cách tạo ra điện thông qua một phản ứng hóa học. Pin nhiên liệu sử dụng điện cực dương (cực âm) và điện cực âm (cực dương) với chất điện phân ở giữa để dẫn các hạt mang điện. Các nhà khoa học đã biết về pin nhiên liệu trong hơn một thế kỷ và NASA đã thực sự sử dụng chúng vào những năm 1960 trên tàu vũ trụ Apollo, và sau đó là tàu con thoi.

Một trong những loại pin nhiên liệu hiệu quả nhất là pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC). Trong SOFC, oxy được đưa qua catốt, giải phóng các ion oxy mang điện tích âm đi qua chất điện phân từ catốt đến anốt. Tại cực dương, các ion gặp khí nhiên liệu và phản ứng, giải phóng các điện tử (cũng như nước, khí cacbonic và nhiệt). Điều này tạo ra một dòng điện có thể sử dụng được. Nhiều pin nhiên liệu được đặt lại với nhau thành một chuỗi được gọi là một ngăn xếp.

SOFC không chỉ tạo ra ít khí thải hơn mà còn hiệu quả hơn khoảng 2-3 lần so với phương pháp đốt trong. Một ưu điểm mà SOFC có so với pin nhiên liệu hydro là tính linh hoạt của nhiên liệu - SOFC có thể chạy trên nhiều loại nhiên liệu, bao gồm hydro và nhiên liệu sinh học. Họ cũng sử dụng vật liệu gốm rẻ hơn thay vì kim loại quý, không giống như các loại pin nhiên liệu khác. Chúng cũng không dựa vào việc tái sử dụng nhiệt lãng phí (được gọi là sơ đồ nhiệt và điện kết hợp). Do có nhiều ưu điểm này, SOFC đã tỏ ra hữu ích trong việc sưởi ấm các tòa nhà.

Tuy nhiên, nhiều ràng buộc đã hạn chế khả năng ứng dụng của chúng trên diện rộng trong những thứ như ô tô. Cụ thể, SOFC rất lớn và rất nóng. Nhiệt độ cao cho phép hiệu suất cao hơn, nhưng nó cũng đặt ra các vấn đề kỹ thuật. Các SOFC điển hình đã có trên thị trường, chẳng hạn như Máy chủ Năng lượng Bloom (được gọi là Hộp nở), sử dụng chất điện phân dày trong pin nhiên liệu để thêm hỗ trợ cấu trúc. Nhưng điều này gây ra nhiều điện trở hơn cần được khắc phục khi nhiệt độ cao.

Tuy nhiên, vào năm 2011, các nhà nghiên cứu tại Đại học Maryland đã công bố những phát triển sử dụng một thiết kế mới và các vật liệu khác nhau cho chất điện phân cho phép kích thước nhỏ hơn nhiều. Các nhà nghiên cứu cũng đã giảm thành công nhiệt độ hoạt động xuống 650 độ C (1202 độ F), giảm từ 900 độ C (1652 độ F). Điều này làm giảm chi phí vật liệu cách nhiệt, cần thiết để giảm thời gian hệ thống nóng lên.

Mặc dù pin nhiên liệu hydro đã nhận được rất nhiều sự chú ý của giới truyền thông như là tương lai của ô tô năng lượng thay thế, nhưng nhiều người tin rằng SOFC thực sự có tiềm năng nhất cho giao thông vận tải. Ví dụ:ngay cả khi những phát triển tiếp tục làm cho SOFCs trở nên thiết thực hơn để sử dụng trên các phương tiện giao thông, chúng ta có thể thấy những chiếc ô tô kết hợp pin ô tô điện với công nghệ SOFC.