3. Описание экспериментальной установки

Э кспериментальная установка состоит из следующих блоков: электролизер, топливный элемент, блок нагрузок.

В качестве источника для топливного элемента используется электролизер с ионообменной мембраной (рис. 6). Под действием электрического тока в электролизере образуется кислород и водород, поступающие соответственно в левый и правый сосуды. В соответствие с реакцией 2Н₂О → 2Н₂ + О₂, объем вырабатываемого водорода в два раза больше, чем объем кислорода. Источником электрической энергии для электролизера может служить элемент солнечной батареи или источник постоянного тока PPS-3003 (рис.7).

Через отводящие трубки кислород и водород подаются в топливный элемент. При помощи электронного датчика расхода, установленного в кислородном канале, измеряется объемный расход кислорода.

В топливном элементе (рис.8) водород реагирует с кислородом, и при этом вырабатывается электрическая энергия. На стенде установлены два топливных элемента, включенных в электрическую цепь параллельно.

Индикатором начала выработки электроэнергии в топливном элементе может служить небольшой вентилятор либо лампочка, входящие в состав блока нагрузок (рис.9). При протекании тока вентилятор начинает вращаться. Для количественного анализа установлен набор нагрузочных резисторов (0,3 Ом – 100 Ом), напряжение на которых измеряется с помощью мультиметра.

4. П орядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с теоретической частью работы.

2. Ознакомьтесь с экспериментальной установкой.

3. Снимите нагрузочную характеристику топливного элемента:

1. Подключите красный провод электролизера к положительному полюсу источника питания, черный – к отрицательному.

2. Включите источник питания. Кнопка « OUTPUT» должна быть отжата. Установите ток 0,2 А, а напряжение 15 В.

3. Подключите к топливному элементу в качестве нагрузки вентилятор, установленный в блоке нагрузок.

4. Нажмите кнопку «OUTPUT» на источнике питания. Источник должен работать в режиме стабилизации по току, т.е. установленное значение тока не должно измениться, а напряжение должно снизиться. Запишите значения тока и напряжения в лабораторный журнал.

5. При протекании тока через электролизер на положительном электроде выделяется кислород, на отрицательном – водород. Измерьте расход кислорода при данном токе.

6. Когда топливный элемент начнет вырабатывать электрический ток, вентилятор начнет вращаться. Подключите вместо вентилятора в качестве нагрузки нагрузочный резистор. Подключите параллельно нему вольтметр (в режиме «DCV 2000m»).

7. Снимите зависимость напряжения на нагрузке от сопротивления нагрузочного резистора. Рекомендуется снимать данные как при возрастании сопротивления, так и при убывании. После каждого изменения сопротивления нагрузки следует подождать 2 мин., пока установка выйдет на рабочий режим, после этого записать в таблицу значение напряжения.

8. Кнопкой «OUTPUT» отключите питание источника.

9. Повторите п.2-8 при токах 0,4 А и 0,6 А.

10. Постройте нагрузочные характеристики топливного элемента (зависимость тока через нагрузку от напряжения на ней) при различных значениях тока питания электролизера.

11. По нагрузочным характеристикам определите ЭДС  разомкнутой цепи при различных расходах кислорода. Сравните полученные значения с термодинамической ЭДС.

12. Определите максимальную мощность, отдаваемую топливным элементом, при каждом значении расхода кислорода. Найдите внутреннее сопротивление топливного элемента при условиях максимума отдаваемой мощности.

13. Рассчитайте КПД и коэффициент использования окислителя топливного элемента, считая КПД по току равным 100%, при максимальной выходной мощности топливного элемента. Проанализируйте полученные данные.

5. Содержание отчета

Отчет должен содержать следующие разделы: