Kennlinie der Brennstoffzelle

Transkript

1 E z1 Kennlinie der Material: Zerlegbare mit Membran,3 mg/cm Pt sowie Wasserstoff- und Sauerstoffendplatte montiert nach Aufbauanleitung Komponenten aus Schülerkasten Solar-Wasserstoff-Technologie: Solarmodul Kabel lange Schläuche kurze Schläuche Schlauchverschlussstopfen Zusätzliche Komponenten: -15 Watt Destilliertes Wasser Durchführung: Beachten Sie die Anweisungen aus der Bedienungsanleitung! Beim Experimentieren Schutzbrille tragen und Zündquellen fernhalten!!! Bild z1a (Spülen): Solarmodul A V R + - ml ml O H O H

2 1. Bauen Sie eine Anordnung nach Bild z1a auf. Polung am beachten!. Prüfen Sie, ob die Gaszuleitungsschläuche an und richtig angeschlossen sind. Stellen Sie den Wahlschalter der auf Offen. 3. Stellen Sie sicher, dass beide Gasspeicher am bis zur ml-markierung mit destilliertem Wasser gefüllt sind und stellen Sie mit dem beleuchteten Solarmodul am einen konstanten Strom ein (zwischen und 3 ma). Sie müssen das Solarmodul so in Richtung der ausrichten, dass Sie im eine deutliche Gasentwicklung beobachten.. Spülen Sie für 5 Minuten das gesamte System aus, und Schläuchen mit den erzeugten Gasen. Stellen Sie anschließend den Wahlschalter der für 3 Minuten auf 3 Ohm, Sie sollten jetzt bereits am Amperemeter der Messbox einen Strom beobachten. Stellen Sie nun zum erneuten Spülen den Wahlschalter der Messbox für 3 Minuten wieder auf Offen. Bild z1b (Speichern): Sauerstoff aus Wasserstoff aus O H Schlauchverschlussstopfen 5. Unterbrechen Sie kurzzeitig die Stromversorgung des s und schließen Sie die beiden kurzen Schläuche an den Auslassöffnungen der mit den Verschlussstopfen (siehe Bild z1b). Stellen Sie nun die Verbindung Solarmodul- wieder her und speichern die erzeugten Gase in den Gasspeichern des s. Unterbrechen Sie die Verbindung wenn auf der Wasserstoffseite des s die ml-markierung erreicht ist. 7. Entfernen Sie die Kabel zwischen Solarmodul und und schließen Sie damit das Voltmeter der an die an (siehe Bild z1c). Messen Sie nun die Kennlinie der durch Variation des Messwiderstandes (Wahlschalter der Messbox). Beginnen Sie bei Offen (Ruhespannung) und dann nach rechts drrehend zu kleineren Widerständen. Nehmen Sie für jede Schalterstellung den Wert von Strom und Spannung auf. Warten Sie vor dem Ablesen jeweils 3 Sekunden. Tragen Sie die Werte in die Messtabelle ein. Messen Sie zum Schluss noch die Werte für die und den Elektromotor. 9. Stellen Sie nach Aufnahme der Kennlinie den Wahlschalter der Messbox wieder auf Offen und entfernen Sie außerdem die Verschlußstopfen an der.

3 Bild z1c (Aufnahme der Kennlinie): A V R + - ml ml O H O H Messtabelle: R in Ω U in V I in ma Auswertung: 1. Zeichnen Sie die U-I-Kennlinie der.. Interpretieren Sie die Kennlinie. 3. Zeichnen Sie ein P-I-Diagramm.. Tragen Sie den Wert für die Spannung und die Stromstärke der und des Motors in die U-I-Kennlinie ein. 5. Berechnen Sie die Leistungsaufnahme der und des Motors und tragen Sie die Werte in das P-I-Diagramm ein.

4 Interpretation/Hinweise: Kennlinie 1 Spannung in V,9,,7, Elektromotor,5 3 5 Strom in ma Um die Kennlinie der zu verstehen, sollte man sich die Kennlinie eines s in Erinnerung rufen (Experiment e1 des Schülerkastens Solar-Wasserstoff-Technologie). Die Vorgänge in der sind die Umkehrung der Elektrolyse. Bei der Elektrolyse von Wasser müssen mindestens 1,3 V aufgebracht werden, damit die Zersetzung von Wasser beginnt, in der Regel ist die Spannung noch höher (Überspannung). Bei einer (als galvanische Zelle) wird aus gleichen Gründen weniger Spannung erzeugt. Auch hier beeinflussen das Material der Elektroden (Katalyse), der Innenwiderstand, die Temperatur aber auch die Menge an Wasserstoff und Sauerstoff die zugeführt werden, die Kennlinie. Bei sehr geringer oder gar keiner Stromentnahme beträgt die Spannung der ca.,9 V. Man bezeichnet diese Spannung als Ruhespannung (in Analogie zur Batterie). Sie ist bei der stark von der Menge und Reinheit der zugeführten Gase abhängig. Je mehr Strom man der entnimmt, desto kleiner wird die Spannung. Bei Spannungsabnahme ergibt sich ebenfalls ein exponentieller Anstieg des Stroms. Trägt man den Arbeitspunkt des Elektromotors in das P-I-Diagramm ein, so ist zu sehen, dass der Motor nicht im optimalen Punkt läuft, d.h. Wasserstoff geht hier verloren. Der kann also mehr Leistung entnommen werden. In der Praxis ist man bestrebt, die bei möglichst hohem Strom zu betreiben (also bei hoher Leistung). Bei einem hohen Strom nimmt aber gleichzeitig der Wirkungsgrad einer ab (siehe Experiment z), so dass auch hier die Aufgabe besteht einen optimalen Arbeitspunkt (hoher Wirkungsgrad, hohe Leistung) zu finden. Eine genaue Erklärung zum Verständnis der Kennlinie einer entnehmen Sie bitte der Anleitung z.

5 Leistung Spannung in V Elektromotor 3 5 Strom in ma