Рекомендации для работы с метанольным топливным элементом

Рабочее напряжение и ток метанольного топливного элемента зависят в большей мере от предварительной подготовки эксперимента, чем ток и напряжение водородного топливного элемента. Продолжительность работы и влажность мембраны перед проведением эксперимента, а также время после заполнения метанолом определяют электрические характеристики и вырабатываемую элементом мощность.

Следует иметь в виду, что протонпровоящая полимерная мембрана легко увлажняется (разбухает), когда элемент заполнен, и обезвоживается (сжимается) при хранении топливного элемента в сухом состоянии. Это обстоятельство может привести к колебаниям токов топливного элемента, а длительная обезвоживание мембраны приводит к увеличению времени выхода топливного элемента в рабочее состояние.

В рабочем объеме и в пористой структуре электродов даже после заполнения метанолом находится немного кислорода воздуха. Это может сразу после наполнения приводить к образованию смешанного потенциала. Вследствие этого напряжение разомкнутой цепи может не достигать своего максимального значения.

Поэтому в руководстве имеется указание на то, что рабочий объем надо заполнять таким образом, чтобы в нем не было воздушных пузырей.

Окисление метанола является сложной реакцией, в результате которой возникает СО₂. Дополнительно при этом появляются следы промежуточных продуктов, таких как, например, муравьиная кислота. Эти вещества оказывают влияние на электрический потенциал на аноде и должны отводиться от анода. Из-за этих обстоятельств появляются задержки, которые влияют на величину тока и напряжения.

Кроме того, наличие этих трех эффектов приводит к тому, что ток и напряжение метанольного топливного элемента могут колебаться от опыта к опыту. И это является вполне нормальным!

Напряжение разомкнутой цепи метанольного элемента (без нагрузки) через 10 минут после заполнения метанолом должно достичь величины более 500 мВ. На основании выше изложенного иногда наблюдается замедление процесса выхода топливного элемента в рабочий режим.. Напряжение уменьшается и стабилизируется в районе 400 мВ.

В этом случае вы можете предпринять следующие меры, чтобы стабилизировать величину напряжения и, тем самым, данные измерений:

1. Подождите несколько минут, прежде чем начать эксперимент. Обратите внимание на то, чтобы рабочий объем был полностью заполнен. Долейте еще немного раствора метанола. Встряхните несколько раз топливный элемент или слегка постучите им о рабочий стол. Как правило, после этого напряжение возрастает до величины более 500 мВ.

2. Подключите элемент к измерительному модулю и установите переключатель на 2 минуты в положение 1 Ом. Подождите еще около 3 минут при положении переключателя «разомкнуто». После этого напряжение холостого хода должно превысить 500 мВ.

рис. Схема проведения эксперимента

Порядок выполнения работы

1. Соберите схему согласно рис. . Поставьте переключатель на измерительном модуле в положение «разомкнуто».

2. С помощью пипетки наберите из колбы раствор метанола, заполните им объем метанольного топливного элемента до верхнего края. Обратите внимание на то, чтобы в заполняемом объеме не было пузырей воздуха. Встряхните элемент несколько раз или постучите им слегка по рабочему столу, чтобы удалить оставшиеся пузыри. Закройте емкость после заполнения с помощью резиновых зажимов.

3. Подождите 5 минут при положении переключателя на измерительном модуле «разомкнуто». Наблюдайте за возрастанием напряжения на вольтметре. Напряжение разомкнутой цепи должно по истечении этого времени составлять порядка около 500 мВ. Установите переключатель на 2 минуты в положение 3 Ом. Вы должны увидеть на амперметре ток около 40 мА. Подождите еще 3 минуты при положении «разомкнуто» прежде чем начать эксперимент. Спустя этот промежуток времени метанольный топливный элемент готов к работе.

4. Измерьте характеристику топливного элемента путем изменения нагрузочного сопротивления. Начните с положения переключателя «разомкнуто» (холостой ход) и зафиксируйте напряжение разомкнутой цепи. Проведите дальнейшие измерения при различных сопротивлениях. Для каждого положения снимайте значения тока и напряжения. Перед снятием каждого показания подождите 60 секунд. Полученные значения занесите в таблицу. В заключение эксперимента измерьте величины тока и напряжения для положения нагрузки в режиме «электромотор».

5. Установите после снятия характеристики переключатель в положение «разомкнуто». Если вы больше не хотите продолжать эксперимент, удалите зажимиз метанольной емкости, вылейте раствор и сполосните рабочий объем водой.

Таблица

Сопротивление R, Ом	Напряжение U, В	Ток I, мА	Мощность (U . I), мВт

Подведение итогов

1. Нарисуйте вольт-амперную характеристику метанольного топливного элемента (напряжение – по вертикальной оси).

2. Объясните ход вольт-амперной характеристики.

3. Нанесите величины тока и напряжения электромотора на вольт-амперную характеристику.

4. Нарисуйте характеристику диаграмму P – I (мощность = напряжение х ток).

5. Рассчитайте мощность лампы и мотора и нанесите эти величины на характеристику P – I.