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Piles à combustible proton Exchange Membrane
 

Piles à combustible proton Exchange Membrane

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Piles à combustible sont des dispositifs qui transforment l’énergie chimique en énergie électrique et sont fréquemment utilisés comme une source d’énergie alternative propre.

Bien que l’essence est toujours la source primaire de carburant pour les véhicules aux États-Unis, des sources de carburant de remplacement ont été explorées au cours des dernières décennies afin de diminuer la dépendance aux combustibles fossiles et générer des sources propres du pouvoir.

Piles à combustible utilisent propre hydrogène comme carburant et produire uniquement de l’eau comme un déchet. Bien qu’ils sont souvent comparés à des batteries, piles à combustible sont plus proches de moteurs d’automobiles, car ils ne peuvent pas stocker l’énergie et nécessitent une source constante de combustible afin de produire de l’énergie. Par conséquent, une quantité importante d’hydrogène est nécessaire pour le fonctionnement de la pile à combustible constant.

Cette vidéo vous fera découvrir l’électrolyse de laboratoire de l’eau pour produire l’hydrogène gazeux, suivi par le fonctionnement d’une pile à combustible hydrogène à petite échelle.

L’hydrogène est l’élément le plus abondant dans l’univers. Sur terre, on le trouve principalement dans les composés avec d’autres éléments. Par conséquent, afin d’utiliser l’hydrogène élémentaire comme combustible, il doit être raffiné des autres composés. La plupart des gaz hydrogène sont produit par le méthane énergivores du reformage, qui isole l’hydrogène à partir de gaz méthane. Toutefois, ce processus est extrêmement énergivore, utilise des combustibles fossiles et se traduit par des quantités importantes de gaz résiduaires. Cela contribue au changement climatique et aussi empoisonne les piles à combustible et diminue l’opérabilité.

L’électrolyse de l’eau est une méthode alternative pour la production d’hydrogène propre gaz, sens de l’hydrogène qui est exempt de gaz contaminant. Dans l’électrolyse, l’eau est divisé en gaz hydrogène et oxygène, à l’aide d’un courant électrique. Pour ce faire, une source d’énergie électrique est reliée à deux électrodes, qui sont faites d’un métal inerte. Les électrodes sont ensuite placées dans l’eau et le courant électrique appliqué. Pour l’électrolyse à petite échelle, une pile ou un petit panneau solaire permet de produire assez de courant pour décomposer l’eau. Toutefois, dans les applications à grande échelle, sources de densité énergétique plus élevées sont nécessaires.

L’électrolyse est une réaction d’oxydo-réduction, ou redox. Il y a deux fois plus de molécules d’hydrogène produites comme les molécules d’oxygène, selon la réaction chimique équilibrée. Le gaz d’hydrogène généré par cette réaction électrochimique peut être recueilli et stocké pour une utilisation comme carburant dans une pile à combustible. Une membrane échangeuse de protons, ou PEM, pile à combustible transforme l’énergie chimique, et l’hydrogène gazeux, énergie électrique. Comme avec l’électrolyse, la pile à combustible PEM emploie une réaction rédox. Gaz d’hydrogène est livré à l’anode de la pile à combustible Assemblée, où il est oxydé pour former protons et électrons.

Les protons chargés positivement migrent à travers la membrane échangeuse de protons, à la cathode. Cependant, les électrons chargés négativement sont incapables de pénétrer la membrane. Les électrons voyagent à travers un circuit externe, fournissant le courant électrique. Oxygène-gaz est livré à la cathode de l’Assemblée de la pile à combustible, où la réaction de réduction se produit. Là, l’oxygène réagit avec les protons et les électrons qui ont été générés à l’anode, à l’eau de forme. L’eau est ensuite retiré de la pile à combustible comme un déchet.

Maintenant que les bases du fonctionnement de la pile à combustible ont été expliquées, nous allons étudier ce processus en laboratoire.

Pour commencer la procédure, installation de l’électrolyseur et les bouteilles de collection de deux gaz. Remplir les récipients extérieurs avec de l’eau distillée à la marque zéro. Placer les bouteilles de collection de gaz dans les récipients extérieurs.

Ensuite, connecter l’électrolyseur les collection aux bouteilles à gaz à l’aide de tubes. Raccorder un panneau solaire à l’électrolyseur à l’aide de fils de raccordement. Placer le panneau solaire au soleil afin d’alimenter la production d’hydrogène gazeux. S’il n’y a pas assez de lumière naturelle, simuler la lumière du soleil à l’aide d’une lampe.

Gaz d’hydrogène et d’oxygène commencera à entrer dans les bouteilles de collection de gaz interne. Surveiller le volume de chaque gaz produit à des intervalles de 30 s, à l’aide de l’échelle indiquée sur le cylindre extérieur.

Lorsque le cylindre intérieur est complètement rempli d’hydrogène gazeux, bulles émergera du cylindre intérieur, finit par atteindre la surface. À ce stade, le panneau solaire de l’électrolyseur et fermer la serre sur le tube de gaz hydrogène, donc aucun de l’hydrogène gazeux s’échappe. Remarque Il est deux fois plus d’hydrogène produite sous forme de gaz oxygène, comme l’avait prédit dans l’équation chimique équilibrée.

Pour commencer le fonctionnement de la pile à combustible, définir la pile à combustible sur la paillasse. Débrancher le tuyau de gaz d’hydrogène de l’électrolyseur et connectez-le à la pile à combustible. L’oxygène nécessaire est récolté dans l’air.

Connecter la pile à combustible à un ventilateur ou LED lumière afin de visualiser la production d’électricité. Libérer le cinch sur le tube de gaz hydrogène pour activer le flux de gaz à la pile à combustible. Si le ventilateur ne commence pas de rotation, appuyez sur la valve de purge sur la pile à combustible pour encourager les flux de gaz.

Le ventilateur continue à tourner jusqu'à ce que tout le gaz d’hydrogène est consommée.

Il y a beaucoup de différents types de piles à combustible qui sont développées comme des solutions énergétiques propres. Nous présentons ici trois technologies émergentes.

Piles à combustible à oxyde solide, ou SOFC, est un autre type de pile à combustible, qui fonctionnent de manière similaire à une pile à combustible PEM, sauf la membrane perméable est remplacée par un oxyde solide. Comme pour les piles à combustible PEM, exploitabilité de diminution de SOFC lors de l’exposition aux contaminants gaz contenant de soufre et de carbone. Dans cet exemple, SOFC électrodes ont été fabriqués et ensuite exposés à fonctionnement typique des environnements à haute température en présence de soufre et le carbone contaminés de carburant.

Empoisonnement surface de l’électrode a été étudiée à l’aide de l’électrochimie et la spectroscopie Raman. Les résultats ont montré que courant a été diminuée à l’empoisonnement de soufre, mais que la reprise était possible. Études de microscopie de force atomique élucidé la morphologie des dépôts de carbone, qui peut conduire à la poursuite du développement d’empêcher cet empoisonnement.

Une pile à combustible microbienne dérive courant électrique provenant de bactéries trouvées dans la nature. Dans cet exemple, les bactéries acquis d’épuration des eaux usées ont été cultivés et utilisés pour la culture des biofilms. Une cellule électrochimique de trois électrodes a été mises en place, dans l’ordre à des bactéries de culture sur la surface d’une électrode. Le biofilm a été cultivé par voie électrochimique en plusieurs cycles de croissance.

Le biofilm qui en résulte est ensuite testé pour transfert d’électron extracellulaire électrochimiquement. Les résultats électrochimiques ont été ensuite utilisés pour comprendre le transfert d’électron et l’application éventuelle du biofilm microbiens aux piles à combustible.

Électrolyse consomme d’énergie pour rompre l’eau en hydrogène et en oxygène. Ce processus est énergivore à grande échelle, mais il peut être exploité sur la petite échelle à l’aide d’une cellule solaire.

Source d’énergie alternative pour l’électrolyse est l’énergie éolienne. En laboratoire, électrolyse peut être alimenté par une éolienne de laboratoire. Dans cette démonstration, l’éolienne a été alimentée par vent simulé généré par un ventilateur de table.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la pile à combustible PEM. Vous devez maintenant comprendre le fonctionnement de base d’une pile à combustible PEM et la génération d’hydrogène par électrolyse. Merci de regarder !

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