Як зробити паливний елемент: 12 кроків

Паливний елемент дозволяє перетворити паливо, наприклад водень або метан, безпосередньо в електрику за допомогою хімічної реакції, яку називають електролізом. Кожен паливний елемент містить два електроди, один з яких заряджений позитивно (анод), а другий - негативно (катод), і електроліт, який переносить заряджені частинки від одного електрода до іншого. Крім того, до складу паливного елемента входить каталізатор, який збільшує швидкість реакції на електродах. У паливних елементах на водні він реагує з киснем, при цьому в якості побічного продукту утворюється вода, що робить такі елементи корисними для високотехнологічних застосувань, де необхідна чиста енергія. Щоб розібратися в принципах дії паливного елемента, ви можете зібрати простий елемент з підручних матеріалів.

кроки

Частина 1 з 2:

Створіть паливний елемент

1. Підготуйте все необхідне. Щоб зробити простий паливний елемент, вам знадобиться 30 сантиметрів платинової або покритої платиною дроту, паличка для морозива, 9-вольта батарейка і утримувач для неї, прозорий скотч, стакан води, кухонна сіль (необов`язково), тонкий металевий стрижень і вольтметр.

9-вольтів батарейку і батарейний держатель можна придбати в магазині електроніки або побутової техніки.

Зображення з назвою Build a Fuel Cell Step 1

2. Відріжте від платинової або покритої платиною дроту два шматочки довжиною 15 сантиметрів. Платинова дріт використовується для спеціальних цілей, її можна придбати в магазині електроніки. Вона послужить каталізатором реакції.

Краще використовувати платинову дріт, оскільки інші метали, наприклад мідь, будуть реагувати з киснем і сіллю і забруднять розчин продуктами реакції.

Можна використовувати і дріт з високоякісної нержавіючої сталі - вона також досить стійка до хімічних реакцій.

Зображення з назвою Build a Fuel Cell Step 2

3. Навійте шматочки дроту на тонкий металевий стрижень, щоб надати їм форму пружин. Це будуть електроди паливного елемента. Візьміться за кінець дроту і туго навійте її на стержень, щоб вийшла циліндрична пружина. Зніміть з стрижня перший дріт і навійте другий шматочок дроту.

Як стрижня для навивки дроту можна використовувати цвях, дротяну вішалку або щуп тестера.

Зображення з назвою Build a Fuel Cell Step 4

4. Розріжте навпіл дроти батарейного держателя. Візьміть кусачки, розріжте навпіл обидва прикріплені до власника дроти і зніміть з них ізоляцію. Ці оголені дроти ви прикріпіть до електродів.

За допомогою відповідної частини кусачок очистіть кінці дроту від ізоляції. Зніміть ізоляцію з кінців тих проводів, які ви відрізали від батарейного держателя.

Ріжте дріт під наглядом дорослих.

Зображення з назвою Build a Fuel Cell Step 5

5. Прикріпіть очищені від ізоляції кінці проводів до електродів. Підключіть дроти до електродів, щоб потім підключити до них джерело живлення (утримувач з батарейкою) і вольтметр, який дозволить визначити, яка напруга створює паливний елемент.

Закрутіть червоний провід батарейного власника і відрізаний червоний провід навколо верхнього кінця однієї з дротяних котушок так, щоб її більша частина залишилася вільною.

Обмотайте верхній кінець другої котушки чорним проводом батарейного власника і відрізаним чорним проводом.

Зображення з назвою Build a Fuel Cell Step 6

6. Прикріпіть електроди до палички для морозива або дерев`яного стрижня. Паличка для морозива повинна бути довше горлечка склянки з водою, щоб вона могла лягти поверх нього. Приклейте електроди так, щоб вони звисали з палички вниз і опускалися в воду.

Можна використовувати прозорий скотч або ізоляційну стрічку. Головне, щоб електроди були надійно прикріплені до палички.

Зображення з назвою Make Water Glow Step 13

7. Налийте в склянку водопровідну або солону воду. Для протікання реакції вода повинна містити електроліти. Для цього погано підходить дистильована вода, так як в ній немає домішок, які можуть послужити електролітами. Для нормального протікання хімічної реакції можна розчинити у воді сіль або харчову соду.

Мінеральні домішки містяться і в звичайній воді з-під крана, тому її можна використовувати в якості електроліту, якщо у вас немає під рукою солі.

Додайте сіль або харчову соду з розрахунку одна столова ложка (20 грамів) на склянку води. Розмішайте воду, щоб сіль або сода повністю розчинилася.

Зображення з назвою Build a Fuel Cell Step 7

8. Покладіть паличку з електродами на горлечко склянки з водою. При цьому електроди у вигляді дротяних пружинок повинні зануритися під воду здебільшого своєї довжини, за винятком контактів з проводами батарейного держателя. Під водою повинна виявитися лише платинова дріт.

Якщо потрібно, закріпіть паличку за допомогою скотча, щоб електроди залишалися в воді.

Зображення з назвою Build a Fuel Cell Step 8Bullet2

я. Підключіть йдуть від електродів дроти до вольтметру або світлодіодним лампочці. За допомогою вольтметра ви зможете визначити напругу, яка створює активоване паливний елемент. Підключіть червоний дріт до позитивного, а чорний - до негативного контакту вольтметра.

На даному етапі вольтметр може показати маленьке значення, наприклад 0,01 вольта, хоча напруга на ньому має бути рівним нулю.

Можна також підключити маленьку лампочку, наприклад лампочку від ліхтарика або світлодіод.

Частина 2 з 2:

Активуйте паливний елемент

1. На 1-2 секунди доторкніться клемами 9-вольтової батарейки до батарейного держателю. Батарейка потрібна лише для того, щоб пропустити через дріт початковий струм, який викличе дисоціацію розташованих поблизу електродів молекул води, в результаті чого навколо електродів виділяться бульбашки газу. Цей процес називається електролізом.

Прослідкуйте, як біля обох електродів з`являються бульбашки газу. У одного електрода утворюються бульбашки водню, а у другого - кисню.
Не потрібно підключати батарейку до держателю, просто доторкніться до нього її клемами, щоб запустити реакцію.

Зображення з назвою Build a Fuel Cell Step 10

2. відключіть батарейку. Батарейка потрібна лише для того, щоб активувати реакцію. Виділилися водень і кисень рекомбинируют в воді, в результаті чого виділиться енергія, яка була витрачена на розщеплення молекул води електричним струмом. Платинова дріт електродів виступить в ролі каталізатора і прискорить рекомбінацію атомів водню і кисню в молекули води.

Зображення з назвою Build a Fuel Cell Step 10Bullet1

3. Подивіться на свідчення вольтметра. Спочатку напруга може зрости до двох вольт, а потім воно почне падати (спочатку швидко, потім повільніше) у міру зникнення бульбашок водню.

Спочатку лампочка (світлодіод) яскраво спалахне, потім почне швидко тьмяніти і поступово згасне.

Поради

Окремі паливні елементи виробляють малу кількість електроенергії, як описаний вище пристрою. Для практичних потреб потрібна велика кількість таких елементів, які об`єднують в батареї.
Хоча в описаному вище пристрої в якості електроліту використовується вода, в промислових паливних елементах застосовують гідроксид калію (такі елементи використовувалися в космічній програмі «Аполлон»), фосфорну кислоту, розплавлений натрій або карбонат магнію при високих температурах, або спеціальні полімери.

попередження

При роботі з описаною паливної осередком тримайте її подалі від джерел тепла і відкритого вогню. Хоча кількість виробленого водню невелика, він легко запалюється.