Hoe een brandstofcel te bouwen

Een brandstofcel is een manier om een brandstof zoals waterstof of methaan direct om te zetten in elektriciteit via een chemische reactie die elektrolyse wordt genoemd. Elke brandstofcel bevat twee elektroden, één met een positieve lading (de anode) en één met een negatieve lading (de kathode), evenals een elektrolyt die geladen deeltjes van de ene elektrode naar de andere voert. Er is ook een katalysator die de reactiesnelheid op de elektroden verhoogt. Brandstofcellen die waterstof gebruiken reageren met zuurstof om een bijproduct (water) te vormen, waardoor ze bruikbaar zijn voor hightech-toepassingen waar schone energie nodig is. Om te begrijpen hoe een brandstofcel werkt, kunt u een eenvoudige bouwen met behulp van gewone huishoudelijke materialen.

Inhoud

Stappen

Deel 1bouw de brandstofcel
Deel 2activeer de brandstofcel

Tips
Waarschuwingen
Dingen die je nodig hebt

stappen

Deel 1
Bouw de brandstofcel

Verzamel alle benodigde materialen. Om een eenvoudige brandstofcel voor thuisgebruik te maken, hebt u 30 cm (12 inch) platina of platina-gecoate draad, een ijsstick, een 9-volt batterij en een batterijclip, transparante isolatietape nodig. een glas water, zout (optioneel) en een spanningsmeter.,

Je kunt de 9 volt batterij en de batterijclip kopen in een elektronicawinkel of een ijzerhandel.

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 1

Knip twee stroken van 15 cm (6 inch) platina of platina gecoat. U moet dit type draad in een elektronicawinkel kopen, aangezien platina niet vaak in draden wordt gebruikt. Dit materiaal dient als een katalysator voor deze reactie.

Platinum-draden worden aanbevolen omdat andere stoffen, zoals koper, reageren met zuurstof of zout en uw oplossing verontreinigen met de producten van deze reactie.

U kunt ook roestvrij staal van hoge kwaliteit gebruiken omdat het niet zo gemakkelijk zal reageren.

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 2

Rol elke draadstrook rond een dunne metalen staaf om een spiraal te maken. Deze twee spiralen dienen als elektroden van de brandstofcel. Pak het uiteinde van de draad en wikkel het stevig rond de vormstaaf om een spiraal te maken. Verwijder de eerste draad van de shaper-staaf en wikkel de tweede draad.

De vormstaaf kan een spijker, een grijper, een draadhanger of de geleider van een batterijoplaadtester zijn.

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 4

Knip de geleiders van een 9-volt batterijclip doormidden. Gebruik een draadknipper om de twee draden die aan de clip zijn bevestigd doormidden te snijden en verwijder de isolatie van de geleiders.

Verwijder met behulp van de draadafsnijder deze coating van het ene uiteinde van de afgesneden draden. Verwijder gewoon de coating van de tips die u uit de clip van de stapel hebt gesneden.

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 5

Bevestig de tips zonder coating op de spoelen van de elektroden. Hiermee kunt u de stroombron (de batterij via de clip) en de voltmeter aansluiten om de hoeveelheid elektriciteit te kunnen meten die door de brandstofcel wordt geproduceerd.

Draai de rode punt van de clip op de stapel en de rode draad snijd rond het bovenste uiteinde van een van de spiralen, waardoor het grootste deel van de spiraal vrij blijft.

Draai de zwarte punt van de clip op de stapel en de zwarte draad rond het bovenste uiteinde van de andere spiraal.

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 6

Bevestig de elektroden aan een ijsstok of houten stok met het plakband. De ijsstick moet langer zijn dan de breedte van de container die het water bevat, zodat het op de bovenkant rust. Bevestig de elektroden met het plakband zodat ze naar beneden hangen, weg van de stok en zodat ze gemakkelijk in het water kunnen onderdompelen.

U kunt gebruik maken van doorzichtige plakband of elektrisch isolatietape. Het maakt niet uit wat u gebruikt, zolang de elektroden stevig op de stick zijn bevestigd.

Vul het glas met leidingwater of zout water. Om een goede reactie te krijgen, heeft de oplossing elektrolyten nodig. Gedestilleerd water werkt niet goed voor dit doel omdat het geen onzuiverheden bevat die werken als elektrolyten. Het zout of bicarbonaat opgelost in het water fungeren als goede elektrolyten voor de reactie.

Lopend kraanwater heeft onzuiverheden zoals mineralen die als elektrolyten kunnen dienen als u geen zout bij de hand hebt.

Voeg een eetlepel zout of bakpoeder toe aan elke kop water. Roer totdat het volledig is opgelost.

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 7

Plaats de stok zo dat deze op elke kant van het glas water rust. De spiralen van de elektroden moeten bijna volledig in het water zitten, behalve in het deel waar ze op de draden van de batterijclip zijn aangesloten. Alleen platina moet worden ondergedompeld.

Gebruik indien nodig de kleefband om de staaf zo te bevestigen dat de elektroden in het water zijn.

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 8Bullet2

Verbind de draden die uit de elektroden komen naar een voltmeter of LED-lampje. De voltmeter geeft de elektrische stroom weer die door de brandstofcel is gecreëerd nadat deze is geactiveerd. Verbind de rode draad met de positieve pool van de voltmeter en de zwarte draad met de negatieve pool.

Mogelijk ziet u op dit moment een kleine hoeveelheid spanning, zoals 0,01 volt, hoewel de voltmeter op dit moment nul moet zijn.

U kunt ook een kleine lamp aansluiten, zoals een zaklamp of een lichtdiode (LED).

Deel 2
Activeer de brandstofcel

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 9

Zorg ervoor dat de 9 volt-aansluitingen de batterijclip een of twee seconden raken. Alleen de batterij is nodig om een initiële stroom door de draad te sturen om de waterstof in de watermoleculen die in contact staan met de elektroden los te maken van de zuurstof, waardoor er bellen rond de elektroden ontstaan. Dit proces wordt elektrolyse genoemd.

Kijk naar de luchtbellen die rond elke elektrode vormen. Eén elektrode heeft waterstofbellen terwijl de andere zuurstofbellen heeft.
Het is niet noodzakelijk dat de batterij volledig op de clip wordt bevestigd - alleen de aansluitingen moeten contact maken om de reactie te laten beginnen.

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 10

Verwijder de batterij. Alleen de batterij is nodig om de reactie te starten. De gescheiden waterstof en zuurstof zullen in het water recombineren en de energie vrijgeven die in eerste instantie werd gebruikt om ze te scheiden, in de vorm van elektriciteit. Het platina in de elektrodespoelen dient als een katalysator om de recombinatie van waterstof en zuurstof tot watermoleculen te versnellen.

Titel afbeelding Build a Fuel Cell Step 10Bullet1

Lees de productie op de voltmeter. In eerste instantie kan de productie hoog zijn, zoals twee volt, maar deze zal dalen als de waterstofbellen verdwijnen, snel eerst en daarna geleidelijker naarmate de laatste bellen verdwijnen.

In het begin kan een lamp of een LED schijnen, maar deze zal snel donker worden en geleidelijk vervagen.

tips

De afzonderlijke brandstofcellen produceren slechts een kleine hoeveelheid elektriciteit, net als de hierboven beschreven brandstofcel. Commercieel zijn veel individuele brandstofcellen in blokken gemonteerd.
Hoewel in deze brandstofcel water wordt gebruikt als de elektrolyt, gebruiken de commerciële cellen kaliumhydroxide (het type dat wordt gebruikt in het ruimtevaartprogramma van Apollo), fosforzuur, zoutcarbonaat of magnesiumcarbonaat gesmolten bij hoge temperaturen of speciale polymeren.

waarschuwingen

Houd deze brandstofcel tijdens het hanteren uit de buurt van hitte of hittebronnen. Hoewel de geproduceerde hoeveelheid waterstof klein is, is het een zeer brandbaar gas.