Pin chì-axit là một phần quan trọng của pin lithium-ion điện trên thị trường và pin lithium-ion là một phần nhỏ của pin lithium chạy bằng nhiên liệu.
Cho dù pin lithium chạy bằng nhiên liệu có phải là giải pháp cuối cùng cho năng lượng mới hay không, đây là một số con số.
Cả pin axit-chì và pin lithium-ion đều là pin dự trữ năng lượng (pin thứ cấp), nghĩa là chúng phải được sạc rồi mới xả, và bản chất của chúng là phản ứng oxi hóa khử của các nguyên tố kim loại có thể đảo ngược. Lấy pin chì-axit làm ví dụ (như trong hình bên dưới). Từ trái sang phải là quá trình xả và từ phải sang trái là quá trình sạc. Theo bảo toàn electron, phản ứng là phản ứng 2 electron. Pin lithium-ion hoạt động tương tự, nhưng chỉ có một phản ứng chuyển điện tử.
Như bạn có thể thấy từ bảng tuần hoàn, khối lượng phân tử của chì là 207,2 và khối lượng phân tử của liti là 6,9, có nghĩa là đối với mỗi electron được vận chuyển, sự khác biệt giữa chì và liti là 103,6 và 6,9.
Chúng ta hãy xem xét pin lithium chạy bằng nhiên liệu hydro, trong đó hydro và oxy (không khí) được tách ra ở cực dương và cực âm, phản ứng và phóng điện khi sử dụng chất xúc tác. Phương trình cho chúng ta biết rằng mỗi nguyên tử hydro có thể mang một electron và hydro cần thiết để mang một electron là 1.
Trên thực tế, nó còn hơn thế nữa. Bởi vì trong phản ứng thực tế, quá trình chuyển đổi năng lượng của pin sẽ bị mất và quá trình sạc-xả của pin thứ cấp nghiêm trọng hơn quá trình mất điện trực tiếp của pin lithium chạy bằng nhiên liệu. Do không bị hạn chế bởi chu trình Carnot nên công suất chuyển đổi năng lượng lý thuyết của pin lithium chạy bằng nhiên liệu có thể đạt hơn 90% và công suất thực tế có thể đạt 60%.
Trong quá trình ứng dụng thực tế, pin lithium chạy bằng nhiên liệu hydro cũng có những ưu điểm vượt trội của pin lưu trữ năng lượng, đó là sạc trong năm phút, tuổi thọ pin là 1.000 dặm và sạc hydro trong 5 phút để đi được 500 km. Vẫn đang nằm cọc sạc và hiện năng lượng.
Về lý thuyết, pin lithium chạy bằng nhiên liệu hydro có thể là giải pháp tối ưu cho các phương tiện mới, kết hợp tỷ lệ năng lượng cao, khả năng sạc và chạy của phương tiện chạy bằng xăng và lợi thế không gây ô nhiễm của công suất chuyển đổi cao so với pin lưu trữ năng lượng.
Tại sao xe pin lithium chạy bằng nhiên liệu hydro vẫn chưa lên đường? Điều này nói về một số rào cản trên con đường dành cho xe chạy bằng pin lithium chạy bằng nhiên liệu hydro.
Còn xe chạy bằng pin lithium-ion chạy bằng nhiên liệu hydro thì sao?
Đầu tiên, nếu một chiếc ô tô muốn lên đường, nó không chỉ là công việc của một chiếc ô tô. Nó liên quan đến việc xử lý, lưu trữ và vận chuyển hydro và sạc các phương tiện hydro tại các trạm tiếp nhiên liệu hydro. Các yêu cầu lắp ráp của hệ thống pin lithium chạy bằng nhiên liệu tương tự bao gồm các thành phần như tấm, chất điện phân, màng trao đổi, chất xúc tác và lớp bồ hóng.
Câu hỏi đặt ra là, làm thế nào để tạo ra hydro? Hiện nay, các phương pháp sản xuất hydro chủ đạo bao gồm sản xuất từ than thành hydro, sản xuất hydro sản phẩm phụ clo-kiềm, sản xuất hydro điện phân, v.v. Nhược điểm này vẫn còn rất rõ ràng.
Phân tích có liên quan cho thấy rằng trong quá trình sản xuất hydro từ than đá, chưa nói đến quá trình than hóa, có một số quy trình dễ gây ngộ độc cho chất xúc tác pin, giả sử rằng hydro chứa carbon dioxide hoặc carbon monoxide không tinh khiết. Việc xử lý hydro sản phẩm phụ clo-kiềm phụ thuộc vào cách bố trí chế biến của các sản phẩm công nghiệp và không phù hợp để quảng bá quy mô lớn.
Sản xuất hydro từ điện phân nước đòi hỏi một chặng đường dài từ các nguồn năng lượng khác, năng lượng điện, năng lượng hóa học và năng lượng điện, nhưng người ta cho rằng các nguồn năng lượng ban đầu là các nguồn năng lượng sạch như năng lượng gió và năng lượng mặt trời.
Hơn nữa, hydro là một loại khí có mật độ khối rất thấp nên việc lưu trữ và vận chuyển rất khó khăn. Một là tỷ lệ lưu trữ năng lượng thấp, hai là độ an toàn kém. Cùng với thực tế là hiện nay có ít cách bố trí trạm hydro hơn, rất khó để tạo ra hiệu ứng quy mô trong một khoảng thời gian ngắn.