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プロトン交換膜燃料電池

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燃料電池は、電気エネルギーに化学エネルギーに変換し、クリーンな代替エネルギー源として頻繁に使用されるデバイスです。

ガソリンはまだ米国で車の主な燃料源が、代替燃料源は、化石燃料への依存を減らすし、掃除機の電源ソースを生成するために最近数十年で検討しています。

水素燃料電池は、燃料としてクリーンな水素を利用し、廃棄物として水だけを生成します。彼らは多くの場合、電池と比較して、燃料電池が自動車のエンジンに近いエネルギーを保存、エネルギーを生成するために燃料の源を必要とすることはできません。その結果、水素のかなりの量は、一定の燃料電池の動作に必要です。

このビデオは、続く小規模な水素燃料電池の処理の水素ガスを生成する水の実験室規模の電気分解をご紹介いたします。

水素は宇宙で最も豊富な要素です。地球上の他の要素を化合物に主にあります。したがって、元素水素を燃料として使用するために他の化合物から精製する必要があります。ほとんどの水素ガスはメタンガスから水素を分離エネルギー集約型メタン改質プロセスを経て製造されます。このプロセスは非常に集中的なエネルギー、化石燃料を利用し、廃棄物ガスの大量の結果します。これは、気候変動に貢献しても燃料電池を毒し、操作性が減少します。

水の電気分解は、クリーンな水素ガス、汚染ガスの無料は意味水素を生産するための代替方法です。電気分解で水は水素と酸素ガス、電気電流を用いたに分割されます。これを行うには、電気の電源は、不活性金属から成っている 2 つの電極に接続されます。電極は、水と電気の電流に配置されます。小規模電解用バッテリや小さなソーラー パネルが水を分割するのに十分な電流を生成する使用できます。ただし、大規模なアプリケーションで高いエネルギー密度のソースが必要です。

電気分解反応は、酸化、または還元反応です。バランスの取れた化学反応によると倍の水素分子が酸素分子として生産があります。この電気化学反応から発生する水素ガスを収集し、燃料電池の燃料として使用するために保存できます。プロトン交換膜、PEM 燃料電池は化学エネルギーや水素ガス、電気エネルギーに変換します。電解と PEM 燃料電池は酸化還元反応を採用しています。水素ガスは燃料電池アセンブリの陽極に配信フォームは酸化、陽子と電子。

正荷電のプロトンはプロトン交換膜、陰極に移行します。しかし、負荷電の電子は膜を透過することは。電子は電流を提供する、外部回路を通って旅行します。酸素ガスは、還元反応が発生した燃料電池アセンブリの陰極に配信されます。そこには、酸素は陽子として水、陽極で生成された電子と反応します。水は、廃棄物として燃料電池から削除されます。

今では燃料セルの操作の基本を説明している、研究室では、このプロセスを見てみましょう。

手順を開始するには、この電解槽と 2 つのガスボンベ コレクションをセットアップします。ゼロのマークの蒸留水で外側の容器を埋めます。外側の容器にガスボンベのコレクションを配置します。

次に、チューブを使用してガスのコレクションのシリンダーにこの電解槽を接続します。ジャンパー線を用いた電解槽に太陽電池パネルを接続します。パワー水素ガスの生産するために直射日光の太陽電池パネルを配置します。十分な自然光がない場合は、ランプを使って太陽光をシミュレートします。

水素と酸素ガスが内部コレクション ガスボンベを入力開始されます。モニター 30 の間隔で各ガスの容積生産のスケールを使用して外側のシリンダー上のマーク。

内筒は完全に水素ガスがいっぱいです、泡が最終的に地表に到達、内筒から出てくる。この時点で、この電解槽から太陽電池パネルを切断し、水素ガスのどれもをしないするので水素ガス管にニッパーを閉じます。バランスの取れた化学方程式で予測倍として、酸素ガスとして水素ガスが生成されることに注意してください。

燃料電池の動作を開始するには、ベンチの上に燃料セルを設定します。この電解槽から水素ガス管を外し、燃料電池に接続します。必要な酸素は、空気から収集されます。

ファンや LED ライト発電を視覚化するために燃料電池を接続します。燃料電池ガス流を有効にする水素ガス管に楽勝をリリースします。ファンが回転を開始されない場合は、ガスの流れを奨励する燃料電池のパージ弁を押します。

ファンは、スピンすべての水素ガスがなくなるまで続けます。

クリーン エネルギー ソリューションとして開発されている燃料電池の多くの異なる種類があります。3 つの新技術をご紹介します。

固体酸化物形燃料電池、または、SOFC 燃料電池の別のタイプは透過膜は固体酸化物に置き換えられますを除いて PEM 燃料電池に同様に動作します。PEM 燃料電池と同様操作性汚染物質への露出に SOFC の減少のガスの硫黄および炭素を含む。この例では SOFC 電極いた試作し、典型的な営業に、さらされている硫黄と炭素の存在下で高温環境汚染燃料。

電極表面の中毒には、電気化学およびラマン分光法を用いて検討しました。結果、硫黄中毒、時に電流は減少したが、その回復が可能であった。原子間力顕微鏡を用いた研究では、この中毒を防ぐために更なる発展につながる可能性があります炭素の堆積物の形態を解明しました。

微生物燃料電池では、自然界に見られる細菌からの電流を派生させます。この例では、廃水処理プラントから得られる細菌は栽培、され、文化バイオ フィルムを使用します。3 電極電気化学セルは、電極の表面にバクテリアを培養する順番、設定されました。バイオ フィルムは、いくつかの成長サイクルで電気化学的栽培されていた。

結果のバイオ フィルムは、電気化学的細胞外の電子移動についてのテスト。電気化学の結果それから電子伝達とバイオ フィルムの微生物燃料電池への潜在的な応用を理解する使用されました。

電解を破るためにエネルギーを必要とする水を水素と酸素に。このプロセスは、大規模で集中的なエネルギーしますが、太陽電池を使用して小さな規模で運営することができます。

電解のための代替エネルギー源が風力発電です。研究室では、電気分解にベンチ スケール風力タービンと給電できます。このデモで風力タービンは風卓上ファンによって生成されたを使用して供給されています。

ゼウスの PEM 燃料電池入門を見てきただけ。今 PEM 燃料電池の基本操作と電気分解による水素ガスの発生を理解する必要があります。見てくれてありがとう!

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