Pin nhiên liệu dòng chảy Vanadium (VRFB) là một hệ thống điện hóa lưu trữ năng lượng quy mô lớn, trong đó điện năng được tích trữ dưới dạng hóa năng của các ion kim loại vanadium hòa tan tron

20/28

Pin nhiên liệu dòng chảy Vanadium (VRFB) là một hệ thống điện hóa lưu trữ năng lượng quy mô lớn, trong đó điện năng được tích trữ dưới dạng hóa năng của các ion kim loại vanadium hòa tan trong môi trường sulfuric acid (H₂SO₄). Hệ thống cơ bản gồm:

Anode (cực âm): Bồn chứa anolyte, dung dịch hệ V²⁺/V³⁺ được bơm vào buồng phản ứng. Quá trình xả điện xảy ra sự oxi hóa: V²⁺ → V³⁺ + e.

(màu tím) (màu xanh lá)

Cathode (cực dương): Bồn chứa catholyte, dung dịch hệ VO₂⁺/VO²⁺ được bơm vào buồng phản ứng. Quá trình xả điện xảy ra sự khử: VO₂⁺ + 2H⁺ + e → VO²⁺ + H₂O.

(màu vàng) (màu xanh dương)

Dựa vào sự thay đổi màu sắc của dung dịch trong các bồn chứa, ta có thể xác định được trạng thái sạc (hoặc xả) của pin.

ĐúngSai

Nhược điểm của pin VRFB là sự khuếch tán chéo các ion qua màng trong quá trình vận hành dài hạn sẽ gây nhiễm bẩn hóa học, làm hỏng vĩnh viễn dung dịch điện li và buộc nhà máy tốn chi phí thay mới toàn bộ hóa chất.

ĐúngSai

Để hệ thống cung cấp đủ một lượng điện lượng tương đương 0,5 mol electron ra mạch ngoài, khối lượng ion V²⁺ tối thiểu bị tiêu thụ tại anode là 25,5 gam.

ĐúngSai

Trong quá trình pin xả điện phát ra mạch ngoài, các ion H⁺ sẽ di chuyển xuyên qua màng trao đổi proton theo chiều từ khoang anode sang khoang cathode.

ĐúngSai

Giải thích

a) Đúng: Trong quá trình sạc và xả, các ion thay đổi số oxi hóa dẫn đến màu sắc dung dịch thay đổi rõ rệt (tím \( \leftrightarrow \) xanh lá ở cực âm, vàng \( \leftrightarrow \) xanh dương ở cực dương). Do đó, có thể nhận biết trạng thái của pin qua màu sắc.

b) Sai: Mặc dù có hiện tượng khuếch tán chéo (crossover) qua màng, nhưng vì cả hai bên bồn chứa đều sử dụng chung nguyên tố Vanadium nên không gây nhiễm bẩn hóa học vĩnh viễn. Dung dịch điện li bị suy giảm hoạt tính có thể dễ dàng trộn lại để tái sinh (rebalance) mà không cần thay mới toàn bộ.

c) Đúng: Tại anode xảy ra quá trình: \({{\rm{V}}^{2 + }} \to {{\rm{V}}^{3 + }} + 1{\rm{e}}\) .

\({{\rm{n}}_{{{\rm{V}}^{2 + }}}} = {{\rm{n}}_{\rm{e}}} = 0,5{\mkern 1mu} {\rm{mol}} \Rightarrow {{\rm{m}}_{{{\rm{V}}^{2 + }}}} = 0,5.51 = 25,5{\mkern 1mu} {\rm{gam}}\)

d) Đúng: Trong quá trình xả, tại cathode tiêu thụ ion \({{\rm{H}}^ + }\) (\({\rm{VO}}_2^ + + 2{{\rm{H}}^ + } + {\rm{e}} \to {\rm{V}}{{\rm{O}}^{2 + }} + {{\rm{H}}_2}{\rm{O}}\)), làm giảm điện tích dương ở khoang này. Để duy trì cân bằng điện tích, ion \({{\rm{H}}^ + }\) từ khoang anode sẽ di chuyển qua màng proton sang khoang cathode.