Pin nhiên liệu hydro: Công nghệ gần 185 năm tuổi
Ngày 7/3/2026
Ngày nay, pin nhiên liệu hydro thường được nhắc đến như một “công nghệ của tương lai”. Tuy nhiên, nguồn gốc của công nghệ này đã xuất hiện gần hai thế kỷ trước, từ rất lâu trước khi thế giới bắt đầu nói nhiều về chuyển dịch năng lượng và giao thông không phát thải.
Di sản từ năm 1842
Người được ghi nhận phát minh ra pin nhiên liệu là William Robert Grove, một thẩm phán và nhà vật lý người xứ Wales. Năm 1842, ông đã trình diễn thiết bị được gọi là “pin khí volta”.
Thí nghiệm của Grove chứng minh rằng phản ứng hóa học dùng để tách nước thành hydro và oxy thông qua Electrolysis cũng có thể diễn ra theo chiều ngược lại.
Khi hydro và oxy kết hợp với nhau, phản ứng tạo ra điện năng và nước. Mặc dù thiết bị ban đầu chưa đủ mạnh để sử dụng thực tế, nguyên lý này đã trở thành nền tảng cho tất cả các hệ thống pin nhiên liệu hiện đại.
Năm loại pin nhiên liệu chính
Theo thời gian, công nghệ pin nhiên liệu đã phát triển thành nhiều dạng khác nhau, thường được phân loại dựa trên loại chất điện giải sử dụng.
-
Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEM)
Loại pin này hoạt động ở nhiệt độ tương đối thấp, khoảng 80°C. Khả năng khởi động nhanh và thiết kế gọn nhẹ khiến PEM đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng giao thông như ô tô, xe buýt và xe tải. -
Solid Oxide Fuel Cell (SOFC)
SOFC hoạt động ở nhiệt độ rất cao, có thể lên tới 1.000°C. Nhờ hiệu suất cao, chúng thích hợp cho phát điện tĩnh và cung cấp nhiệt cho các quy trình công nghiệp. -
Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC)
Đây là loại pin nhiên liệu từng được sử dụng khá phổ biến trong thập niên 1990 cho các hệ thống phát điện tĩnh quy mô lớn, đặc biệt tại các cơ sở cần nguồn điện ổn định như bệnh viện. -
Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC)
Hoạt động ở nhiệt độ cao, MCFC có thể thực hiện quá trình reforming nhiên liệu ngay trong hệ thống với các nguồn như khí tự nhiên hoặc khí sinh học. Điều này giúp chúng phù hợp cho các nhà máy điện quy mô lớn và các ứng dụng thu giữ carbon. -
Alkaline Fuel Cell (AFC)
Công nghệ này nổi tiếng khi được sử dụng trong Apollo program của NASA, nơi nó cung cấp điện và nước uống cho tàu vũ trụ. AFC có hiệu suất rất cao nhưng lại rất nhạy cảm với khí CO₂.
Phản ứng PEM: Đơn giản nhưng hiệu quả
Trong số các công nghệ trên, PEM thường được coi là phù hợp nhất cho giao thông vận tải. Nguyên lý hoạt động của nó có thể tóm tắt trong ba bước:
Bước 1 – Tại cực dương (anode)
Các phân tử hydro được tách thành proton và electron.
Bước 2 – Qua màng điện giải
Màng trao đổi proton chỉ cho phép proton đi qua, trong khi electron phải đi qua mạch điện bên ngoài.
Bước 3 – Tại cực âm (cathode)
Electron quay trở lại kết hợp với proton và oxy từ không khí để tạo thành sản phẩm duy nhất là nước.
Khái niệm “Range Extender” bằng pin nhiên liệu
Cuộc tranh luận giữa xe điện pin (BEV) và xe điện pin nhiên liệu hydro (FCEV) thường được xem như một cuộc cạnh tranh giữa hai công nghệ. Tuy nhiên, một giải pháp trung gian đang được quan tâm là Fuel Cell Range Extender (FCREx).
Trong mô hình này, xe sử dụng một bộ pin nhỏ cho việc di chuyển trong đô thị, trong khi hệ thống pin nhiên liệu sẽ tạo điện để duy trì sạc trong các hành trình dài. Cách tiếp cận này có thể giải quyết đồng thời hai vấn đề lớn: nỗi lo về quãng đường di chuyển của pin và hạn chế của hạ tầng tiếp nhiên liệu hydro.
Đối với xe tải hạng nặng và xe khách đường dài, giải pháp này giúp duy trì khả năng chở hàng mà không cần mang theo khối lượng lớn pin lithium.
Sau gần 185 năm kể từ khi được phát minh, pin nhiên liệu hydro có thể đang bước vào giai đoạn phát triển mạnh mẽ nhất trong lịch sử của mình.
