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Proton Exchange Membrane Fuel Cells

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Brennstoffzellen sind Geräte, die chemischen Energie in elektrische Energie umwandeln, und dienen häufig als eine saubere, alternative Energiequelle.

Obwohl Benzin noch die primäre Energiequelle für Fahrzeuge in den USA ist, alternative Energiequellen erforscht, in den letzten Jahrzehnten um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und sauberere Energiequellen zu erzeugen.

Wasserstoff-Brennstoffzellen sauber Wasserstoff als Brennstoff zu nutzen und nur Wasser als Abfall zu produzieren. Obwohl sie oft im Vergleich zu Batterien, sind Brennstoffzellen vergleichbar mit Automotoren, da sie nicht Energie speichern und erfordern eine ständige Quelle von Brennstoff, um Energie zu produzieren. Dadurch wird eine erhebliche Menge an Wasserstoff für konstante Brennstoffzellen-Betrieb benötigt.

Dieses Video führt Labormaßstab Elektrolyse von Wasser, Wasserstoffgas, gefolgt von den Betrieb einer kleinen Wasserstoff-Brennstoffzelle zu produzieren.

Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum. Auf der Erde ist es vor allem in Verbindungen mit anderen Elementen gefunden. Um elementare Wasserstoff als Brennstoff zu verwenden, muss es deshalb von anderen Verbindungen verfeinert. Die meisten Wasserstoffgas entsteht durch die Reformierung der energieintensiven Methan, die Wasserstoff aus Methan-Gas isoliert. Aber dieser Vorgang ist extrem energieintensiv, nutzt fossile Brennstoffe und führt in signifikanten Mengen von Abgasen. Dies trägt zum Klimawandel, und auch Gifte Brennstoffzellen und Bedienbarkeit vermindert.

Die Elektrolyse von Wasser ist eine alternative Methode zur Herstellung von sauberen Wasserstoffgas, Bedeutung Wasserstoff, das frei von Verunreinigungen Gase. Bei Elektrolyse ist die Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff Gas, mit elektrischem Strom. Um dies zu tun, ist eine Stromquelle mit zwei Elektroden verbunden, aus einem inerten Metall bestehen. Die Elektroden sind dann ins Wasser und elektrischer Strom angewendet. Für kleine Elektrolyse eine Batterie oder kleine Solar-Panel lässt sich genug Strom zur Spaltung von Wasser zu erzeugen. Aber in großen Anwendungen, höhere Energiedichte Quellen erforderlich sind.

Die Elektrolyse-Reaktion ist eine Oxidations-Reduktions oder Redox, Reaktion. Nach der ausgeglichenen chemischen Reaktion gibt es doppelt so viele Wasserstoff-Moleküle als Sauerstoff-Moleküle produziert. Das Wasserstoffgas erzeugt aus dieser elektrochemischen Reaktion kann gesammelt und für die Verwendung als Brennstoff in einer Brennstoffzelle gespeichert. Ein Proton Exchange Membrane oder PEM, Brennstoffzelle wandelt chemische Energie oder Wasserstoffgas in elektrische Energie. Wie bei der Elektrolyse, beschäftigt die PEM-Brennstoffzelle eine Redoxreaktion. Wasserstoffgas wird geliefert an der Anode der Brennstoffzelle Versammlung, wo es zu Form oxidiert Protonen und Elektronen.

Die positiv geladenen Protonen wandern über die Proton-Austausch-Membran zur Kathode. Die negativ geladenen Elektronen sind jedoch nicht in der Lage, die Membran zu durchdringen. Die Elektronen Reisen Sie durch einen externen Kreislauf, Bereitstellung von elektrischem Strom. Sauerstoffgas wird an der Kathode der Brennstoffzelle Versammlung, wo tritt der Reduktionsreaktion geliefert. Dort reagiert der Sauerstoff mit den Protonen und Elektronen, die an der Anode zu Wasser erzeugt wurden. Das Wasser wird dann aus der Brennstoffzelle als Abfall entfernt.

Jetzt, da die Grundlagen der Brennstoffzellen-Betrieb beschrieben haben, betrachten wir diesen Prozess im Labor.

Um den Vorgang zu starten, richten Sie den Elektrolyseur und die zwei Gasflaschen Sammlung. Füllen Sie die äußeren Container mit destilliertem Wasser auf die Nullmarke. Legen Sie die Gasflaschen Sammlung in die äußeren Container.

Schließen Sie als nächstes den Elektrolyseur an die Gasflaschen Sammlung mit Schlauch. Schließen Sie ein Solar-Panel an den Elektrolyseur über Jumper Kabel an. Legen Sie das Solarpanel bei direkter Sonneneinstrahlung um die Produktion von Wasserstoffgas anzutreiben. Wenn nicht genug natürliches Licht vorhanden ist, simuliert Sonnenlicht mit einer Lampe.

Eingabe der inneren Sammlung Gasflaschen beginnt Wasserstoff und Sauerstoff. Monitor die Lautstärke jedes Gas in Intervallen von 30 s, produziert mit der Skala markiert auf dem äußeren Zylinder.

Wenn der innere Zylinder vollständig mit Wasserstoffgas ist, entstehen Luftblasen aus dem inneren Zylinder, schließlich erreichen die Oberfläche. An dieser Stelle Electrolyzer trennen Sie das Solarpanel und schließen Sie Cincher auf dem Wasserstoff-Gas-Schlauch, so dass keiner der das Wasserstoffgas entweicht. Hinweis: Es ist doppelt so viel Wasserstoff als Sauerstoffgas, wie vorhergesagt, in der ausgeglichene Reaktionsgleichung hergestellt.

Um Brennstoffzellen-Vorgang zu starten, setzen Sie die Brennstoffzelle auf den Tisch. Der Elektrolyseur trennen Sie den Wasserstoff-Gas-Schlauch und verbinden Sie es mit der Brennstoffzelle. Der benötigte Sauerstoff wird aus der Luft gesammelt.

Verbinden Sie die Brennstoffzelle mit einem Ventilator oder LED-Licht zur Stromerzeugung zu visualisieren. Lassen Sie das Cinch auf die Wasserstoff-Gasschlauch Gasstrom der Brennstoffzelle zu ermöglichen. Wenn der Lüfter nicht Spinnen beginnt, drücken Sie das Aufräum-Ventil auf die Brennstoffzelle Gasstrom zu fördern.

Der Ventilator wird weiter drehen, bis alle das Wasserstoffgas wird verbraucht.

Es gibt viele verschiedene Arten von Brennstoffzellen, die als saubere Energielösungen entwickelt werden. Hier stellen wir Ihnen drei neue Technologien.

Festoxid-Brennstoffzellen oder SOFC, sind eine andere Art von Brennstoffzellen, die in ähnlicher Weise zu einer PEM-Brennstoffzelle betreiben, außer die durchlässige Membran mit einer SOFC ersetzt wird. Wie bei PEM-Brennstoffzellen, Gase Funktionsfähigkeit der SOFC Abnahme nach Exposition mit Verunreinigung mit Schwefel und Kohlenstoff. In diesem Beispiel SOFC Elektroden hergestellt wurden, und dann zu typischen Betrieb ausgesetzt Umgebungen bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Schwefel und Kohlenstoff verunreinigt Kraftstoff.

Elektrode Oberfläche Vergiftung war mit Elektrochemie und Raman-Spektroskopie untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Strom wurde auf Schwefel Vergiftung vermindert, aber diese Erholung möglich war. Atomic Force Microscopy Studien erläutert die Morphologie der Verbrennungsrückstände, die für die weitere Entwicklung führen können, um diese Vergiftung zu verhindern.

Eine mikrobielle Brennstoffzelle leitet elektrischen Strom von Bakterien in der Natur gefunden. In diesem Beispiel wurden Bakterien aus Kläranlagen erworben angebaut und zur Kultur Biofilmen. Eine elektrochemische Zelle drei Elektrode wurde eingerichtet, um zu Kultur Bakterien auf der Oberfläche der Elektrode. Der Biofilm wurde in mehrere Wachstumszyklen elektrochemisch angebaut.

Der daraus resultierende Biofilm wurde dann für extrazelluläre Elektronentransfer elektrochemisch getestet. Die elektrochemische Ergebnisse wurden dann zur Elektronentransfer und die mögliche Anwendung des Biofilms zu mikrobiellen Brennstoffzellen zu verstehen.

Elektrolyse erfordert Energie, brechen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Dieser Prozess ist energieintensiv auf der großen Skala, aber die kleine Waage mit einer Solarzelle betrieben werden kann.

Eine alternative Energiequelle für die Elektrolyse ist Windkraft. Im Labor kann Elektrolyse mit einer Tischwaage Windturbine angetrieben werden. In dieser Demo wurde die Windturbine angetrieben mit simulierten Wind erzeugt durch ein Tabletop Fan.

Sie sah nur Jupiters Einführung in die PEM-Brennstoffzelle. Sie sollten nun die grundlegende Funktionsweise einer PEM-Brennstoffzelle und die Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse verstehen. Danke fürs Zuschauen!

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