CONVERSIA ELECTROCHIMIC. PILA DE COMBUSTIE

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "CONVERSIA ELECTROCHIMIC. PILA DE COMBUSTIE"

Μελίνα Βενιζέλος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 CONVERSIA ELECTROCHIMIC. PILA DE COMBUSTIE 3.1. Consideraii generale Conversia electrochimic este procesul prin care energia dezvoltat într-o reacie chimic de oxido-reducere este transformat direct în energie electric. Energia chimic poate fi transformat în energie electric în celulele galvanice (pile electrice care produc curent electric continuu de joas tensiune) Oxidarea se definete ca fenomenul în care o particul cedeaz electroni, iar reducerea reprezint fenomenul în care o particul accept electroni. Sursele electrochimice se clasific astfel: pile primare dac reacia este ireversibil, energia electric producându-se pe seama unor reactani în cantitate limitat i nu se poate realiza regenerarea acestora prin electroliz (Pilele Leclanché - pile uscate); pile secundare dac reacia este reversibil, reactanii consumai în timpul producerii energiei electrice putându-se regenera prin electroliz (acumulatoare); pile de combustie în cazul în care reactanii sunt transportai tot timpul la electrozi, iar produii de reacie sunt eliminai simultan Principiul de funcionare al pilelor de combustie Pilele de combustie se caracterizeaz printr-o alimentare continu cu reactani, produsele de reacie fiind eliminate. Pilele de combustie dup tipul electrolitului pot fi: acide utilizeaz un electrolit acid (H 2 SO 4 ); bazice utilizeaz o soluie de hidroxid alcalin (KOH); cu membran schimbtoare de ioni (protoni). Pila de combustie din laborator convertete energia chimic direct în energie electric în dou camere care sunt separate printr-o membran schimbtoare de protoni (PEM). A. Membran PEM; B. Catalizator; C. Hârtie de carbon; D. Plas de oel; E. Electrod de referin. Fig Principiul de funcionare al pilei de combustie Hidrogenul este catalizat într-una dintre camere, iar oxigenul sau aerul în alta. Hidrogenul molecular (H 2 ) se desface în hidrogen atomic 2H la nivelul membranei care are un catalizator (ex. platina) pe ambele fee. 1/5

Energetic general i conversia energiei Atomii de hidrogen cedeaz electronii (2e-) membranei, i migreaz prin membran ca ioni de hidrogen, sau protoni (2H+).

2 Energetic general i conversia energiei Atomii de hidrogen cedeaz electronii (2e-) membranei, i migreaz prin membran ca ioni de hidrogen, sau protoni (2H+). Electronii trec pe partea cealalt a membranei în circuitul exterior, producând circula ie de curent. Migra ia atomilor înc rca i pozitiv, sau protonilor prin membran, atribuie numele aparatului: membrana schimb toare de protoni sau pila de combustie PEM. Pe partea cu O2/aer, oxigenul molecular este desf cut în 2O de catalizator. Fiecare atom de oxigen prime te doi electroni i formeaz ioni de oxigen înc rca i negativ O2-. Acest ion de oxigen O2- se combin cu doi ioni de hidrogen 2H+ pentru a forma apa. Apa rezultat din acest proces este scurs prin tubul de ie ire al gazului de pe partea cu oxigenul. Reac iile complete ce au loc sunt: pe partea cu H2: H2 2H+ + 2epe partea cu O2: ½O2 O O + 2e O2Reac ia global : O2- + 2H+ H2O Pila de combustie cu membran schimb toare de protoni din laborator con ine practic patru pile de combustie individuale ce pot fi folosite pentru a produce energie electric folosind hidrogen i oxigen sau aer ambiant într-un proces electrochimic. Prin conectarea în serie a pilelor de combustie este posibil s se ating o tensiune de aproximativ 3,8V i o putere maxim de 5W. Fig 3.2. Pila de combustie 3.3. Punerea în func iune a. preg tirea l sa i pila de combustie pe partea cu H2 i umple i cu ap distilat pe partea cu O2 prin tubul de intrare al gazului; apoi închide i tubul de intrare al gazului O2 cu un dop de plastic i întoarce i pila de combustie invers i umple i cu ap distilat pe partea cu H2 ca mai înainte. dup aproximativ 1 2 minute ridica i pila de combustie drept i elimina i apa prin suflare de aer prin tuburile de intrare a gazului. b. montarea pe panou ata a i pila de combustie la panou i asigura i-o din spate folosind uruburi filetate. Fig Umplerea pilei de combustie 2/5

mm deasupra deschiderii de gaz. când pila de combustie nu este folosit pstrai-o cu baloanele inversoare umplute; Fig. 3.4.

3 aezai baloanele inversoare cu opritor de curgere invers în clemele de pe partea cu H 2, iar pe cele fr opritor de curgere invers pe partea cu O 2. Atenie: umezii membrana schimbtoare de protoni înainte de utilizare; umplei pila de combustie i baloanele inversoare doar cu ap distilat; umplei fiecare balon inversor cu ap distilat la aproximativ 5 mm deasupra deschiderii de gaz. când pila de combustie nu este folosit pstrai-o cu baloanele inversoare umplute; Fig Montarea pe panou Conectarea baloanelor inversoare Conectarea pilelor de combustie în serie Fig Conectarea pilei de combustie c. setarea i desfurarea experimentului conectai alimentarea cu H 2 la tubul de intrare prin balonul inversor cu opritor de curgere invers. conectai alimentarea cu O 2 la tubul de intrare prin balonul inversor i lsai-l s curg uor. dup o perioad complet de pregtiri conectai sarcina i reglai alimentarea cu hidrogen la sarcin. Not pentru sfâritul experimentului: deconectai sarcina când experimentul a luat sfârit Realizarea experimentului Alimentarea unui motor cu elice Se asambleaz echipamentele pe panoul chimic de experimente pentru a msura tensiunea i curentul în timp ce alimentm un motor cu elice (tensiune maxim 10 V, curent maxim 150 ma) de la pila de combustie. Se comut echipamentele de msur a tensiunii i curentului pe poziia de curent continuu. Se conecteaz mufa de la electrodul de H 2 la intrarea minus (-) a voltmetrului i electrodul de O 2 la intrarea plus (+). Se conecteaz de asemenea ampermetrul în serie cu micromotorul. Pentru alimentarea cu gaze se conecteaz rezervorul de hidrogen prin intermediul tubului de silicon (împreun cu robinetul de reglare), i pompa de aerisire pentru alimentarea cu aer (oxigen), având o grij deosebit s nu fie inversate alimentrile. 3/5

4 Un balon inversor (umplut cu ap distilat) este conectat la ieirea de gaze pentru a ne permite monitorizarea consumului de gaze. Se citesc valorile de pe aparate (tensiunea i curentul) i se trec în tabelul 3.1. Puterea se calculeaz cu relaia: P = U I Tabel 3.1. Valorile pentru pila H 2 /O 2 sub sarcin electric U [V] I [ma] P [W] 3,17 34,1 1. Element de sarcin 50/4W. 2. Element de sarcin 5/4W. 3. Motor (cu elice). 4. Lamp incandescent 2,8V/2,4W. Fig Sarcina electric Note de siguran nu conectai echipamentul la tensiuni mari. nu conectai motorul la tensiuni mai mari de 10 V, iar lampa la mai mari de 1,2 V. nu conectai elementele cu mai mult de 4 W din putere Alimentarea unei rezistene variabile Se conecteaz sarcina reglabil la pila de combustie. La început, setai sarcina la rezistena maxim (ambele controlere la maxim spre dreapta). Cretei sarcina pas cu pas prin ajustarea rezistenei variabile (aici în pai de 10 ma) în aa fel încât curentul s creasc constant. Ateptai 2 minute i notai tensiunea rezultat în acest caz. Cunoscând c: puterea cu relaia: P U I = R 2 = R I. se calculeaz rezistena cu relaia: U R =. Apoi se calculeaz I Tabel 3.2. Valorile pentru pila H 2 /O 2 sub sarcin elctric Curentul [ma] Tensiunea [V] Rezistena [Ω] Puterea [mw] 69,3 3,43 90,2 3,35 105,3 3,30 122,6 3,25 156,5 3,15 4/5

5 Dup determinarea valorilor i completarea tabelului trasai ambele curbe pe o diagram P = f (I) i U = f (I). Tensiunea [V] Puterea [mw] Curentul [ma] 5/5

Σχετικά έγγραφα

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36]. Componente şi circuite pasive Fig.3.85. Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36]. Fig.3.86. Rezistenţa serie echivalentă pierderilor în funcţie