Alcune proposte di studio

MODELLINO DIDATTICO DI UNA CELLA A COMBUSTIBILE

Laboratorio Fuel Cell - esterno

Laboratorio Fuel Cell - esterno

Serbatoio di accumulo H2

Capacità 750 l

Pressione di esercizio 5 bar

Massa di accumulo ~ 350 g di H2

Laboratorio Fuel Cell - interno

Elettrolizzatore

1 Nm3/h di H2

Consumo 6 kWh

Laboratorio Fuel Cell - interno

Deionizzatore ad osmosi inversa

Generatore d’azoto

Impianto di refrigerazione elettrolizzatore

Laboratorio Fuel Cell - internoCella a

Combustibile0,8 kW

Consumo H2:

14 Nl/min

Bomboletta a idruri metallici = 240 Nl di H2

Serbatoio condense

Kit di simulazione laboratorio

Vantaggi dei modellini in scala

• Approccio graduale allo studio del funzionamento dell’apparecchiatura;

• Svolgimento di attività didattiche di gruppo;

• Costi contenuti;

• Interazione diretta con strumentazione semplice;

Schema di cella a combustibile

Anodo: H2

(g)→ 2H → 2H+(aq) + 2e-

Catodo: ½O2

(g) + 2H+(aq) + 2e- → H2O(liq)

PEM: Protonic Exchange Membrane

E’ un sistema elettrochimico che permette di convertire l’energia chimica di un combustibile in energia elettrica senza ciclo termico intermedio

Video descrittivo del funzionamento

Fonte: Labter-Crea Mantova, Progetto ZeroRegio

Filmato visibile online alla paginawww.bit.ly/zeroregio

KIT PER ESPERIMENTI

ALCUNI ESEMPI

Elettrolisi H2O

•Volumi: VH2-VO2

•Massa: m H2-m O2

•Carica elementare•1a legge di Faraday

Carica Elementaret (s) V H2 (cm3) I (A) q=I.t (C)

0 0,0 2,0 020 5,0 2,0 4038 10,0 2,0 7668 15,0 2,0 13685 20,0 2,0 170

102 25,0 2,0 204120 30,0 2,0 240139 35,0 2,0 278148 40,0 2,0 296

V/q

y = 0,126x + 0,009

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

0 100 200 300 400

q (C)

V (cm3)V H2 (cm3)

Lineare (V H2 (cm3))

Carica Elementare, calcoliPendenza retta ~ 0,13 cm3/C; dH2 a 25° C = 8,25 *10-5 g/cm3

Per 1 C di carica: g

cm

gcmdVm HHH

53

53 1007,11025,813,0222

moli

moleg

gHmoli 2

55

1053,0016,2

1007,1

elettronimolimolecolemoli100,532

molecole N molecola-e2 elettroni N

5- 1823 104,610023,6

Ce

CeCarica - 19

18106,1

104,6

1

1a Legge di FaradayLa massa prodotta ad un elettrodo durante l’elettrolisi è direttamente proporzionale alla quantità di carica fornita

Fz

QMm

Dove:•m è la massa della sostanza prodotta all’elettrodo;•M è la massa molare della sostanza;•Q è la carica totale utilizzata (I * tempo );•z è il numero di cariche trasferite per ione;•F è la costante di Faraday (96485 C/mole)

Corrente Tensione Elettrolizzatore

DATI RACCOLTI

10 1,686 1,055

8 1,653 0,865

9 1,675 0,99

6 1,55 0,283

7 1,602 0,559

4 1,4 0,01

5 1,507 0,106

2 1,207 0,002

3 1,308 0,002

MISURA V (volt) I (A)

1 1,1 0,002Corrente/Tensione

I = 5,7V - 8,7

I = 0,2V - 0,3

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2V

I(A)

Caratteristica corrente tensione dell'elettrolizzatore

Tensione di decomposizione H2O

CURVA DI POTENZA DELLA FUEL CELL

DATI RACCOLTIR() U(V) I (A)

0,06875 0.00

330 0,06736 0.01

100 0,06528 0.01

33 0,0625 0.03

10 0,05833 0.08

3.03 0,05278 0.22

1 0,04306 0.56

0.33 0.47 1.05

0.01 0.32 1.43

0 0.24 0,08403

P(W): P=V-I0.000

0.001

0.001

0.027

0.075

0,11597

0,24097

0,34306

0,31806

0,26806

Grafico della caratteristica tensione

corrente

Grafico della caratteristica

potenza corrente