Sử dụng pin nhiên liệu micro cho máy tính laptop và cảm biến

Giáo sư Paul Kohl của trường Kỹ nghệ Hoá học cho biết, nhóm nghiên cứu của trường Đại học Georgia đã tìm ra phương pháp sử dụng các thuộc tính của thiết bị này theo phương thức của các kỹ thuật chếtạo theo dây chuyền. Ví dụ, không khí được đưa vào để vận hành pin nhiên liệu cũng có thể làm nguội mạch tổ hợp và tạo dòng cho cảm biến khí. Các lớp kim loại lắng đọng làm mạch tổ hợp cũng có thểtạo thành các điện cực của pin nhiên liệu. Tuy nhiên, còn có những thách thức trong việc kết hợp vật liệu của pin nhiên liệu trên chip silic. Các phương pháp chế tạo thiết bị vi điện tử truyền thốngvận hành ở nhiệt độ có thể gây tổn hại cho màng polyme của pin nhiên liệu. Nên thiết kế các kênh không khí nhỏ đủ để vượt ngoài dòng chảy được gọi là dòng chất lỏng quy mô nhỏ. Và để tránh không phảisử dụng điện để bơm, có thể sử dụng lò xo đồng hồ vi nhỏ để duy trì áp suất trong bồn nhiên liệu.

Hiệu quả của pin nhiên liệu micro

Các nhà khoa học cũng nghiên cứu ảnh hưởng của nhiên liệu như metanol đối với hiệu quả của thiết bị. Người ta cho rằng nên sử dụng hydro tinh khiết, tuy nhiên việc vận chuyển và trữ hydro trong cáchệ thống lớn là khó, chưa nói đến các thiết kế pin nhiên liệu micro. Vì vậy, người ta sử dụng các chất như metanol, có thể biến đổi để cung cấp lượng hydro cần thiết. Theo Giáo sư Kohl, vì các chấtcó thể di chuyển từ anot sang catot, nên các thiết bị dùng metanol hiện nay đang sử dụng nhiên liệu pha loãng. Việc này đã làm giảm công suất ít nhất là 0,2 Wat ở pin có kích thước micro. Tăng nồngđộ metanol sẽ tạo được công suất lớn hơn hoặc có nghĩa là cho phép sử dụng bồn chứa nhiên liệu nhỏ hơn. Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Kohl đang nghiên cứu vấn đề này, với hy vọng sẽ tăng được hiệusuất. Cần phối hợp các vật liệu và cấu phần phù hợp với nhau và cũng cần đối mặt với thách thức đa dạng của việc làm thế nào để thiết kế pin hiệu quả. Còn có nhiều điều cần cân nhắc và hoán đổiphương án.

Vấn đề phân mảnh chất xúc tác

Một nhóm nghiên cứu khác của trường kỹ thuật cơ khí do Giáo sư Andrei Federov lãnh đạo đang nghiên cứu phương pháp sử dụng chất xúc tác trùng chỉnh (reforming catalysts) trong các loại pin nhiên liệumột cách hiệu quả hơn. Giá của các chất xúc tác kim loại hiện nay, như platin hoặc palađi là yếu tố chính làm cho giá thiết bị cao. Nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu giải quyết thách thức này bằng cáchgiảm lượng chất xúc tác cần dùng cho pin nhiên liệu khoảng 70%. ý tưởng là sử dụng ngành khoa học về các phân mảnh (fractal) để thực hiện được điều này.

Cần phải tạo được diện tích bề mặt chất xúc tác tối đa. Tuy nhiên, người ta chỉ có thể đạt được điều này tại những vị trí chiến lược trên bề mặt. Cần tạo ra chất xúc tác sao cho có thể sử dụng vậtliệu đắt tiền này ít hơn nhiều trong khi không làm ảnh hưởng đến thành phần hoá học của phản ứng.

Nhóm nghiên cứu đang nghiên cứu sử dụng khoa học về các phân mảnh để thể hiện sự thay thế hiệu quả giữa chi phí-hiệu quả của các hạt xúc tác. Giáo sư Federov và cộng sự đã đưa ra một phương phápdường như thích hợp với sự sắp xếp trên máy tính và đang tìm cách chứng minh bằng kiểm nghiệm qua thí nghiệm các phát kiến này. Trong những mục tiêu của chương trình nghiên cứu được Hãng Air Products& Chemicals hỗ trợ có việc thiết kế các hệ thống xúc tác trùng chỉnh để sử dụng cho các thiết bị kích thước nhỏ để cấp năng lượng cho địên thoại di động hoặc máy tính Laptop. Giữa các hệ thống lớn vànhỏ có rất nhiều sự khác biệt về động học phản ứng, sự truyền nhiệt và chuyển khối. Và ở đây có thể có điều kiện cho nhiều giải pháp. Giáo sư dự báo các sản phẩm di động như vậy sẽ là sản phẩm ứngdụng quan trọng của pin nhiên liệu do những bất tiện của các nguồn cung cấp năng lượng hiện nay, là pin, mà ai cũng biết. Giảm chi phí sẽ làm cho pin nhiên liệu hấp dẫn hơn trong thập niên tới, vàmột số ứng dụng của pin nhiên liệu cung cấp năng lượng cho thiết bị điện tử di động sẽ có thể có trong 2 hoặc 3 năm tới.