Thiết kế pin nhiên liệu nhẹ hơn, dày đặc hơn

Thiết kế pin nhiên liệu nhẹ hơn, dày đặc hơn

    Thiết kế pin nhiên liệu nhẹ hơn, dày đặc hơn

    fuel cell

    Ảnh: CC0
    Công nghệ pin nhiên liệu liên tục phát triển khi năng lượng tái tạo và các nguồn năng lượng thay thế ngày càng trở thành một phương tiện ngày càng quan trọng để giảm sự phụ thuộc toàn cầu vào nhiên liệu hóa thạch. Pin nhiên liệu phẳng, một thiết kế phổ biến, có thể cồng kềnh, có vấn đề về nén và phân bố dòng điện không đồng đều. Những hạn chế khác bao gồm các vấn đề về vận chuyển khí phản ứng, loại bỏ nước dư thừa và các thách thức về chế tạo liên quan đến thiết kế của chúng.

    Một nhóm các nhà nghiên cứu UConn do Jasna Jankovic, trợ lý giáo sư tại Khoa Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật thuộc Trường Kỹ thuật, đã phát minh ra một thiết kế mới cho pin nhiên liệu màng điện phân polyme hình ống (PEM) nhằm giải quyết những thiếu sót đó và cải thiện các thiết kế pin nhiên liệu PEM hình ống hiện có, hầu hết đều sử dụng pin nhiên liệu PEM phẳng và cuộn tròn thành một hình trụ.

    Jankovic và hai sinh viên tốt nghiệp, Sara Pedram và Sean Small, đã thực hiện một cách tiếp cận tổng thể hơn nhằm nghiên cứu lại thiết kế pin nhiên liệu hình ống từ đầu. Khái niệm đột phá, đang chờ cấp bằng sáng chế của họ có thể có mật độ năng lượng gần gấp đôi so với các pin nhiên liệu PEM hình ống khác, nhẹ hơn 50%, có điện cực bên trong có thể thay thế và chất điện phân (nếu là chất lỏng), cấu hình chống rò rỉ và yêu cầu ít kim loại quý hơn .

    Michael Invernale, giám đốc cấp phép cấp cao tại Dịch vụ Thương mại hóa Công nghệ (TCS) của UConn, đang làm việc với Jankovic để đưa khái niệm này ra thị trường, cho biết đó là một thỏa thuận lớn. Ông nói, phần lớn nỗ lực để cải thiện thiết kế pin nhiên liệu đã tập trung vào người dùng cuối thay vì những thứ tốt hơn.

    Invernale nói: “Pin nhiên liệu với các thành phần có thể nạp lại là một loại giải pháp thực hiện được điều đó. "Một hãng hàng không dựa vào công nghệ này sẽ có nhiều động lực hơn để xây dựng lại một bộ phận. Ngay bây giờ, việc thay thế toàn bộ bộ phận có thể rẻ hơn. Đó thực sự là nơi thiết kế này tỏa sáng. Các đặc điểm của thiết kế là xanh và bền vững và có thể tái tạo."

    Pin nhiên liệu về cơ bản là thiết bị phát điện điện hóa có thể tiếp nhiên liệu, kết hợp hydro và oxy để tạo ra điện, nhiệt và nước. Mỗi loại được phân loại chủ yếu theo loại chất điện phân mà nó sử dụng. Pin nhiên liệu phẳng được chế tạo bằng cách sử dụng các chồng đĩa trường dòng lớn hình chữ nhật giống như bánh sandwich làm bằng than chì hoặc kim loại, chiếm khoảng 80% trọng lượng và 40% giá thành của chúng. Thiết kế của UConn sử dụng một trường dòng hình ống duy nhất giúp giảm một nửa trọng lượng của nó.

    Khái niệm này vẫn đang trong quá trình khám phá và được I-Corps và Partnership for Innovation (PFI) tài trợ từ Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF). Chương trình được tạo ra để thúc đẩy việc dịch các nghiên cứu cơ bản ra thị trường, khuyến khích sự hợp tác giữa các học viện và ngành công nghiệp, đồng thời đào tạo các giảng viên, sinh viên và các nhà nghiên cứu khác do NSF tài trợ về các kỹ năng đổi mới và khởi nghiệp.

    Các nhóm nghiên cứu tham gia có cơ hội phỏng vấn khách hàng tiềm năng để tìm hiểu thêm về nhu cầu của họ. Jankovic và nhóm của cô đã thực hiện khoảng 60 cuộc phỏng vấn trong một chương trình UConn Accelerator vào đầu năm 2022 để giúp họ mở rộng quy mô thị trường và trả lời các câu hỏi quan trọng về việc có nên bắt đầu một quy trình dài hơn, tự sản xuất sản phẩm hay cấp phép công nghệ cho một công ty khác.

    Jankovic nói: “Sẽ rất hữu ích khi nhận được phản hồi và hướng dẫn từ những người trong ngành.

    Jankovic dẫn đầu nhóm với tư cách là PI, với Pedram và Small, lần lượt đóng vai trò Trưởng nhóm doanh nhân và Người đồng dẫn. Lenard Bonville, cố vấn công nghiệp của nhóm, sẽ hỗ trợ nhóm bằng hàng chục năm kinh nghiệm công nghiệp của mình. Nhóm sẽ thực hiện một loạt 100 cuộc phỏng vấn khác với ngành công nghiệp để khám phá thị trường cho sản phẩm của họ và nhận được hướng dẫn về thiết kế cuối cùng của nó. Tài trợ của NSF-Partnership for Innovation (PFI) sau đó sẽ được sử dụng để phát triển một mẫu thử nghiệm và theo đuổi thương mại hóa.

    Pin nhiên liệu có nhiều ứng dụng, từ cung cấp năng lượng cho gia đình và doanh nghiệp, đến việc duy trì các cơ sở quan trọng như bệnh viện, cửa hàng tạp hóa và trung tâm dữ liệu luôn hoạt động và di chuyển nhiều loại phương tiện, bao gồm ô tô, xe buýt, xe tải, xe nâng, xe lửa, và nhiều hơn nữa. Nhóm của Jankovic đang nỗ lực để có được bằng sáng chế đầy đủ về thiết kế của họ và thử nghiệm kỹ lưỡng khái niệm này. Trước mắt, họ đang tập trung vào việc thương mại hóa công nghệ và thu hút các đối tác tiềm năng.

    Jankovic hình dung việc tạo ra một tế bào nhiên liệu có kích thước gần bằng một cục pin AA, tuy nhiên, là một công nghệ có thể mở rộng và mô-đun, nó có thể được nhân rộng đến bất kỳ kích thước thực tế nào. Hình dạng hình trụ sẽ cho phép có nhiều pin nhiên liệu hơn chiếm cùng một khoảng không gian như những loại đang được sử dụng hiện nay và giá thành sản xuất rẻ hơn, Invernale cho biết. Jankovic xem thiết kế pin nhiên liệu của mình như một sự thay thế cho pin Lithium-Ion.

    Jankovic cho biết bảy năm làm việc trong ngành trước khi đến UConn đã thuyết phục rằng thị trường có nhu cầu về một thiết kế pin nhiên liệu mới và tốt hơn.

    Cô nói: “Từ kinh nghiệm đó, tôi biết rằng pin nhiên liệu phẳng có một số vấn đề. hỏi xung quanh, và tôi nói, 'chúng ta hãy làm điều đó và tìm ra có hay không'. "

    Zalo
    Hotline