Cum se face o celulă de combustibil: 12 pași

Celulele de combustibil vă permite să transformați combustibilul, cum ar fi hidrogenul sau metanul, direct în energie electrică cu ajutorul unei reacții chimice numite electroliză. Fiecare celulă de combustibil conține doi electrozi, dintre care unul este încărcat pozitiv (anod) și cel de-al doilea - negativ (catod) și electrolitul care transportă particulele încărcate de la un electrod la altul. În plus, celula de combustibil include un catalizator care mărește viteza de reacție pe electrozi. În celulele de combustie pe hidrogen, reacționează cu oxigen, iar apa este formată ca produs secundar, ceea ce face astfel de elemente utile pentru aplicațiile de înaltă tehnologie în care este necesară energie netă. Pentru a înțelege principiile elementului de combustibil, puteți asambla un element simplu din materialele de licență.

Pași

Partea 1 din 2:

Creați o celulă de combustibil

unu. Pregătiți tot ce aveți nevoie. Pentru a face o celulă de combustibil simplă, veți avea nevoie de 30 de centimetri de platină sau de sârmă patroadă, baghetă de înghețată, baterie de 9 volți și suport pentru ea, scotch transparent, sticlă de apă, sare de bucătărie (opțional), tija metalică subțire și voltmetru.

Bateria de 9 volți și suportul bateriei pot fi achiziționate la magazinul electronic sau de uz casnic.

Imagine intitulată Construiți o celulă de combustibil Pasul 1

2. Tăiați de la platină sau firma de platină acoperită cu două bucăți de 15 centimetri lungime. Sârmă de platină este folosită în scopuri speciale, poate fi achiziționată la magazinul electronic. Acesta va servi ca un catalizator de reacție.

Este mai bine să utilizați firul de platină, deoarece alte metale, cum ar fi cuprul, vor reacționa cu oxigen și sare și vor polua soluția cu produsele de reacție.

Poate fi folosit și sârmă din oțel inoxidabil de înaltă calitate - este, de asemenea, destul de rezistentă la reacțiile chimice.

Imagine intitulată Construiți o celulă de combustibil Pasul 2

3. Puneți piesele de sârmă pe o tijă metalică subțire pentru a le da forma izvoarelor. Acestea vor fi electrozii celulei de combustibil. Prindeți capătul firului și o unghie strâns pe tijă, astfel încât izvorul cilindric. Scoateți primul fir din tija și navigați a doua bucată de sârmă.

Un cui, un conducător de sârmă sau un tester de sondă poate fi folosit ca o tijă de sârmă.

Imagine intitulată Construiți o celulă de combustibil Pasul 4

4. Tăiați suportul bateriei în jumătate. Luați buzunarii, tăiați în jumătate ambele atașați la suportul de fire și îndepărtați izolația de la acestea. Aceste fire goale pe care le atașați la electrozi.

Folosind bucata de bustar, curățați capetele firului din izolare. Îndepărtați izolarea de la capetele acelor fire pe care le tăiați de la suportul bateriei.

Cour sârmă sub supravegherea adulților.

Imagine intitulată Construiți o celulă de combustibil Pasul 5

cinci. Atașați electrozii curățați de izolație la electrozi. Conectați firele la electrozii pentru a conecta sursa de alimentare (suportul bateriei) și voltmetrul, care va determina ce tensiune creează o celulă de combustibil.

Strângeți firul roșu al suportului bateriei și firul roșu tăiat în jurul capătului superior al unuia dintre bobinele de sârmă, astfel încât cele mai multe să rămână liberi.

Urmăriți capătul superior al celei de-a doua bobine cu un fir negru de suport al bateriei și sârmă neagră tăiată.

Imaginea intitulată Construiți o celulă de combustibil Pasul 6

6. Atașați electrozi la o baghetă pentru înghețată sau o tijă de lemn. Ice Cream Wand trebuie să fie mai lungă decât gâtul unui pahar cu apă, astfel încât ea să poată să stea pe partea de sus a lui. Închideți electrozii astfel încât să se ascundă de bastoane în jos și să coboare în apă.

Puteți utiliza bandă transparentă sau bandă izolatoare. Principalul lucru este că electrozii sunt bine atașați la baston.

Imagine intitulată Faceți strălucirea apei Pasul 13

7. Se toarnă într-un robinet de sticlă sau apă sărată. Pentru a curge reacția, apa trebuie să conțină electroliți. Apa distilată se potrivește prost, deoarece nu are impurități care pot servi drept electroliți. Pentru fluxul normal al unei reacții chimice, o sare sau o sodiu poate fi dizolvată în apă.

Impuritățile minerale sunt conținute în apă convențională de sub robinet, astfel încât acesta poate fi folosit ca electrolit, dacă nu aveți o sare la îndemână.

Adăugați o sare de sare sau o soră la rata de o lingură (20 de grame) pe un pahar de apă. Se amestecă apă astfel încât sarea sau soda complet dizolvată.

Imagine intitulată Construiți o celulă de combustibil Pasul 7

opt. Puneți bagheta cu electrozii de pe gâtul unui pahar cu apă. În același timp, electrozii sub formă de arcuri de sârmă trebuie să se scufunde sub apă în cea mai mare parte a lungimii lor, cu excepția contactelor cu firele suportului bateriei. Sub apă ar trebui să fie doar un fir de platină.

Dacă este necesar, fixați bagheta cu ajutorul benzii, astfel încât electrozii să rămână în apă.

Imagine intitulată Construiți o etapă celulară de combustibil 8Bullet2

nouă. Conectați firele care rulează de la electrozi la becul de volum sau cu LED-uri. Folosind un voltmetru, puteți determina tensiunea care creează o celulă de combustibil activată. Conectați firul roșu la contactul pozitiv și negru la negativ al voltmetrului.

În acest stadiu, voltmetrul poate arăta o valoare mică, de exemplu 0,01 volți, deși tensiunea pe ea ar trebui să fie zero.

De asemenea, puteți conecta un bec mic, cum ar fi un bec dintr-o lanternă sau LED.

Partea 2 din 2:

Activați celula de combustibil

unu. Timp de 1-2 secunde, atinge bornele bateriei de 9 volți la suportul bateriei. Bateria este necesară numai pentru a sări peste curentul inițial prin fir, care va determina disocierea moleculelor de apă situate în apropierea electrozilor, ca rezultat al căruia bulele de gaz vor aloca în jurul electrozilor. Acest proces se numește electroliză.

Asigurați-vă că bulele de gaze apar în apropierea ambelor electrozi. Un electrod format bule de hidrogen și în al doilea - oxigen.
Nu este nevoie să conectați bateria la suport, doar să o atingeți cu terminalele sale pentru a rula reacția.

Imagine intitulată Construiți o celulă de combustibil Pasul 10

2. Deconectați acumulatorul. Bateria este necesară numai pentru a activa reacția. Hidrogenul distins și oxigenul sunt recombinate în apă, ca urmare a căreia energia care a fost cheltuită pe scindarea moleculelor de apă prin șoc electric. Electrozii de sârmă platină vor efectua ca catalizator și accelerează recombinarea atomilor de hidrogen și oxigen în moleculele de apă.

Imagine intitulată Construiți o etapă celulară de combustibil 10Bullet1

3. Uită-te la citirile de voltmetru. La început, tensiunea poate crește la două volți și apoi va începe să cadă (la început rapid, apoi va fi mai lentă), deoarece bulele de hidrogen au dispărut.

În primul rând, becul (LED-ul) se va strica luminos, apoi începe să se estompeze rapid și să iasă treptat.

sfaturi

Celulele de combustie separate produc o cantitate mică de energie electrică, similară cu dispozitivul descris mai sus. Pentru nevoile practice, sunt necesare un număr mare de astfel de elemente care sunt combinate în baterii.
Deși apa este utilizată ca electrolită ca electroliți, hidroxidul de potasiu este utilizat în celulele de combustie industrială (astfel de elemente au fost utilizate în programul spațial Apollo), acid fosforic, carbonat de sodiu sau magneziu topit la temperaturi ridicate sau polimeri speciali.

Avertizări

Când lucrați cu celula de combustibil descrisă, păstrați-o departe de sursele de căldură și focul deschis. Deși cantitatea de hidrogen eliberată este mică, este ușor de inflamabil.