Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Електролізер PEM складається з тонкої, протонопровідної полімерної мембрани (полімерна електролітна мембрана = PEM), яка покрита каталітичним матеріалом. Це покриття з обох боків мембрани утворює анод і катод. Теоретично розраховане значення напруги розкладання води становить 1,23 В. На практиці, однак, це значення напруги більше через втрати в електролізері. Для електролізера, що використовується в цьому експерименті, вона становить близько 1,5 В. Якщо ця напруга перевищується, молекули води розщеплюються. Утворюються кисень і водень.
Додаткова інформація для викладачів (1/2)
Попередні знання
В якості попередніх знань студенти повинні знати хімічний склад води і бути знайомі з хімічною реакцією між воднем і киснем.
Принцип
У цьому експерименті записується і досліджується вольт-амперна характеристика електролізера ПЕМ.
Додаткова інформація для викладачів (2/2)
Мета навчання
Студенти повинні вміти аналізувати залежність сили струму від напруги в ПЕМ-електролізаторі.
Завдання
Дослідіть вольт-амперну характеристику ПЕМ-електролізера
Інформація для студентів
Мотивація
Реакція взаємодії між воднем і киснем має багато застосувань у системах накопичення енергії. Для ефективного використання паливного елемента необхідно знати точну характеристику залежності сили струму від напруги.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 2 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 2 |
| 3 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 4 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 5 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 6 | Система для зберігання газу, SB | 05666-00 | 2 |
| 7 | PEM електролізер з мембраною протонного обміну (МПО), SB | 05665-00 | 1 |
| 8 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 2 |
| 9 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Інформація про безпеку
Інформація з техніки безпеки
H: 220 / 270
P: 210 / 220
Кисень - безбарвний, без запаху і смаку окислювальний газ. При контакті з легкозаймистими речовинами є пожежонебезпечним.
Водень - безбарвний горючий газ без запаху і смаку, який легко утворює вибухонебезпечні суміші з повітрям. При проведенні експериментів з воднем необхідно заздалегідь усунути всі джерела займання.
Одягайте захисні окуляри.
Підготовка (1/5)
Підключіть два лінійних модулі з роз'ємом для підключення, а також два резервуари для зберігання газу та електролізер PEM, позначений синім кольором, як показано на рис. 1.
Рис. 1
Підготовка (2/5)
Приєднайте трубку до вільного кінця кожного резервуара з газом, що залишився, і зафіксуйте кожну трубку затискачем (хомутом) (рис. 2).
Налийте приблизно 150 мл дистильованої води у склянку об'ємом 400 мл. Заповніть обидва резервуари для газу зверху до верхньої позначки (рис. 3).
Увага:
Використовуйте тільки дистильовану воду.
Рис. 2
Підготовка (3/5)
Відкрийте затискачі трубки так, щоб вода стікала в ємність для зберігання. Вільний кінець трубки слід підняти трохи вгору, щоб уникнути розливання води (рис. 4).
Рис. 3
Рис. 4
Підготовка (4/5)
Знову під'єднайте затискачі трубок. Підключіть лінійні модулі з роз'ємами відповідно до полярності на електролізері до роз'ємів постійного струму блоку живлення. Підключіть мультиметр для вимірювання струму (амперметр) послідовно до електролізера (рис. 5 і рис. 6).
Рис. 5
Рис. 6
Підготовка (5/5)
Також підключіть мультиметр для вимірювання напруги (вольтметр) паралельно до електролізера ПЕМ (рис. 7 і рис. 8). Встановіть амперметр на діапазон вимірювання 20 А, а вольтметр - на діапазон вимірювання 20 В. Переконайтеся, що при підключенні до амперметра використовують роз'єм на 20 А.
Рис.7
Рис.8
Виконання роботи (1/2)
Поверніть ручку регулювання напруги на блоці живлення до упору вліво.
Увімкніть джерело живлення і поверніть ручку регулювання струму до упору вправо до значення 2 А.
Збільшити напругу з кроком 200 мВ від 0 В до 1,40 В, а потім з кроком 50 мВ від 1,40 В до 2,00 В.
Після кожного кроку зачекайте хвилину, поки сила струму не вирівнюється. Запишіть значення в таблицю 1
Виконання роботи (2/2)
Спорожнення резервуара для зберігання газу:
При вимкненому блоці живлення від'єднайте провідники та лінійні модулі. Переконайтеся, що затискачі трубок закриті, і візьміться кожною рукою за один резервуар для зберігання газу. Не знімайте електролізер. Підніміть один з двох резервуарів для газу над склянкою і вилийте його вміст через край (рис. 8).
Зробіть те ж саме з другим резервуаром для газу.
Рис. 9
Протокол
Спостереження (1/2)
Внесіть результати вимірювання в таблицю.
1,00
0,00
0,20
1,20
0,40
1,40
0,60
1,45
0,80
1,50
Спостереження (2/2)
Внесіть результати вимірювання в таблицю.
1,55
1,80
1,60
1,85
1,65
1,90
1,70
1,95
1,75
2,00
Оцінка (1/2)
Опишіть характеристичну криву I(U) електролізера ПЕМ, зображену на схемі.
Оцінка (2/2)
Чому електролізер PEM не починає виробляти водень і кисень при низькій напрузі? Для ____ ____ на водень і ____ електролізеру PEM потрібна певна ____ близько 1,50 В. Нижче цієї ____ розкладання не відбувається, що можна порівняти зі своєрідною ____.