Загрузить PDF
Загрузить PDF
Топливный элемент позволяет преобразовать топливо, например водород или метан, непосредственно в электричество посредством химической реакции, которую называют электролизом. [1] X Источник информации Каждый топливный элемент содержит два электрода, один из которых заряжен положительно (анод), а второй — отрицательно (катод), и электролит, который переносит заряженные частицы от одного электрода к другому. [2] X Источник информации Кроме того, в состав топливного элемента входит катализатор, который увеличивает скорость реакции на электродах. В топливных элементах на водороде он реагирует с кислородом, при этом в качестве побочного продукта образуется вода, что делает такие элементы полезными для высокотехнологичных применений, где необходима чистая энергия. Чтобы разобраться в принципах действия топливного элемента, вы можете собрать простой элемент из подручных материалов.
Шаги
-
Подготовьте все необходимое. Чтобы сделать простой топливный элемент, вам понадобится 30 сантиметров платиновой или покрытой платиной проволоки, палочка для мороженого, 9-вольтовая батарейка и держатель для нее, прозрачный скотч, стакан воды, поваренная соль (необязательно), тонкий металлический стержень и вольтметр. [3] X Источник информации [4] X Источник информации
- 9-вольтовую батарейку и батарейный держатель можно приобрести в магазине электроники или бытовой техники.
-
Отрежьте от платиновой или покрытой платиной проволоки два кусочка длиной 15 сантиметров. Платиновая проволока используется для специальных целей, ее можно приобрести в магазине электроники. Она послужит в качестве катализатора реакции.
- Лучше использовать платиновую проволоку, поскольку другие металлы, например медь, будут реагировать с кислородом и солью и загрязнят раствор продуктами реакции. [5] X Источник информации
- Можно использовать и проволоку из высококачественной нержавеющей стали — она также довольно устойчива к химическим реакциям. [6] X Источник информации
-
Навейте кусочки проволоки на тонкий металлический стержень, чтобы придать им форму пружин. Это будут электроды топливного элемента. Возьмитесь за конец проволоки и туго навейте ее на стержень, чтобы получилась цилиндрическая пружина. Снимите со стержня первую проволоку и навейте второй кусочек проволоки.
- В качестве стержня для навивки проволоки можно использовать гвоздь, проволочную вешалку или щуп тестера.
-
Разрежьте пополам провода батарейного держателя. Возьмите кусачки, разрежьте пополам оба прикрепленные к держателю провода и снимите с них изоляцию. Эти оголенные провода вы прикрепите к электродам.
- С помощью соответствующей части кусачек очистите концы проволоки от изоляции. Снимите изоляцию с концов тех проводов, которые вы отрезали от батарейного держателя.
- Режьте проволоку под присмотром взрослых.
-
Прикрепите очищенные от изоляции концы проводов к электродам. Подсоедините провода к электродам, чтобы затем подключить к ним источник питания (держатель с батарейкой) и вольтметр, который позволит определить, какое напряжение создает топливный элемент.
- Закрутите красный провод батарейного держателя и отрезанный красный провод вокруг верхнего конца одной из проволочных катушек так, чтобы ее бо́льшая часть осталась свободной.
- Обмотайте верхний конец второй катушки черным проводом батарейного держателя и отрезанным черным проводом.
-
Прикрепите электроды к палочке для мороженого или деревянному стержню. Палочка для мороженого должна быть длиннее горлышка стакана с водой, чтобы она могла лечь поверх него. Приклейте электроды так, чтобы они свисали с палочки вниз и опускались в воду.
- Можно использовать прозрачный скотч или изоляционную ленту. Главное, чтобы электроды были надежно прикреплены к палочке.
-
Налейте в стакан водопроводную или соленую воду. Для протекания реакции вода должна содержать электролиты. [7] X Источник информации Для этого плохо подходит дистиллированная вода, так как в ней нет примесей, которые могут послужить электролитами. Для нормального протекания химической реакции можно растворить в воде соль или пищевую соду.
- Минеральные примеси содержатся и в обычной воде из-под крана, поэтому ее можно использовать в качестве электролита, если у вас нет под рукой соли.
- Добавьте соль или пищевую соду из расчета одна столовая ложка (20 граммов) на стакан воды. Размешайте воду, чтобы соль или сода полностью растворилась.
-
Положите палочку с электродами на горлышко стакана с водой. При этом электроды в виде проволочных пружинок должны погрузиться под воду большей частью своей длины, за исключением контактов с проводами батарейного держателя. Под водой должна оказаться лишь платиновая проволока.
- Если нужно, закрепите палочку с помощью скотча, чтобы электроды оставались в воде.
-
Подсоедините идущие от электродов провода к вольтметру или светодиодной лампочке. С помощью вольтметра вы сможете определить напряжение, которое создает активированный топливный элемент. Подключите красный провод к положительному, а черный — к отрицательному контакту вольтметра.
- На данном этапе вольтметр может показать маленькое значение, например 0,01 вольта, хотя напряжение на нем должно быть равным нулю.
- Можно также подключить маленькую лампочку, например лампочку от фонарика или светодиод.
Реклама
-
На 1–2 секунды прикоснитесь клеммами 9-вольтовой батарейки к батарейному держателю. Батарейка нужна лишь для того, чтобы пропустить через проволоку начальный ток, который вызовет диссоциацию расположенных вблизи электродов молекул воды, в результате чего вокруг электродов выделятся пузырьки газа. [8] X Источник информации Этот процесс называется электролизом.
- Проследите, как возле обоих электродов появляются пузырьки газа. У одного электрода образуются пузырьки водорода, а у второго — кислорода.
- Не нужно подключать батарейку к держателю, просто прикоснитесь к нему ее клеммами, чтобы запустить реакцию.
-
Отсоедините батарейку. Батарейка нужна лишь для того, чтобы активировать реакцию. Выделившиеся водород и кислород рекомбинируют в воде, в результате чего выделится энергия, которая была затрачена на расщепление молекул воды электрическим током. [9] X Источник информации Платиновая проволока электродов выступит в роли катализатора и ускорит рекомбинацию атомов водорода и кислорода в молекулы воды.
-
Посмотрите на показания вольтметра. Сначала напряжение может возрасти до двух вольт, а затем оно начнет падать (поначалу быстро, затем медленнее) по мере исчезновения пузырьков водорода.
- Сначала лампочка (светодиод) ярко вспыхнет, затем начнет быстро тускнеть и постепенно погаснет.
Реклама
Советы
- Отдельные топливные элементы производят малое количество электроэнергии, подобно описанному выше устройству. Для практических нужд требуется большое количество таких элементов, которые объединяют в батареи.
- Хотя в описанном выше устройстве в качестве электролита используется вода, в промышленных топливных элементах применяют гидроксид калия (такие элементы использовались в космической программе «Аполлон»), фосфорную кислоту, расплавленный натрий или карбонат магния при высоких температурах, либо специальные полимеры. [10] X Источник информации
Реклама
Предупреждения
- При работе с описанной топливной ячейкой держите ее подальше от источников тепла и открытого огня. Хотя количество выделяемого водорода невелико, он легко воспламеняется.
Реклама
Что вам понадобится
- Платиновая или покрытая платиной никелевая проволока
- Тонкий металлический стержень (например, гвоздь)
- Небольшой деревянный или пластмассовый стержень или палочка для мороженого
- 9-вольтовая батарейка
- Держатель для 9-вольтовой батарейки
- Прозрачный скотч
- Соль (необязательно)
- Стакан воды
- Вольтметр (либо маленькая лампочка для фонарика или светодиод)
Источники
- ↑ http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/echem/fuel_cell/fuel_cell.html
- ↑ http://americanhistory.si.edu/fuelcells/basics.htm
- ↑ http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/echem/fuel_cell/fuel_cell.html
- ↑ http://mad-science.wonderhowto.com/how-to/diy-hydrogen-fuel-cell-create-fuel-future-home-0134598/
- ↑ http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/hho-hydrogen-water-fuel-cell.htm
- ↑ http://www.rmcybernetics.com/projects/DIY_Devices/hho-hydrogen-water-fuel-cell.htm
- ↑ http://americanhistory.si.edu/fuelcells/basics.htm
- ↑ http://sci-toys.com/scitoys/scitoys/echem/fuel_cell/fuel_cell.html
- ↑ http://americanhistory.si.edu/fuelcells/basics.htm
Об этой статье
Эту страницу просматривали 21 025 раз.
Реклама
