Conrad Szaküzlet 1067 Budapest, Teréz krt. 23. Tel: (061) 302-3588
Conrad Vevőszolgálat 1124 Budapest, Jagelló út 30. Tel: (061) 319-0250
Tüzelőanyag-cellás építőkészlet
Rend.sz.: 198061
Modell sz.: FCJJ-16
1. Általános biztonsági tudnivalók
A cella igen gyúlékony gázokat termel. Használat előtt
olvassa végig az útmutatót, és szükség esetére a
későbbiekben tartsa kéznél.
Kis gyermekeket és állatokat távol kell tartani, mivel
kisméretű alkatrészeket lenyelhetnek.
Az anyagi károk, súlyos sérülések, vagy haláleset
megelőzésére be kell tartani az alábbiakat:
1. A szerelés megkezdése előtt alaposan olvassa át az
útmutatót.
2. A készletet csak 12 év fölötti személyek használhatják,
és csak olyan felnőtt felügyelete mellett, aki az
útmutatóban írt biztonsági és egyéb tudnivalókkal
tisztában van.
3. Ügyelni kell, hogy a szerelés során használt
szerszámokkal ne okozzunk személyi sérülést.
4. A készlet kisméretű és törékeny darabokat is tartalmaz.
Ezek kezelésekor és összeillesztésekor ügyelni kell,
nehogy összetörjenek.
5. Ne kísérelje meg a készletben található alkatrészeket
más célra használni, sem pedig szétszedni.
7. Használat után a vizet, hidrogént és oxigént minden
alkatelemből el kell távolítani, és kezet kell mosni.
2. Bevezetés – hidrogén tüzelőanyag-cellák
Üdvözöljük a hidrogén-korszakban!
a. Miért épp a hidrogén?
Civilizációnk 100000-szer gyorsabban használja el a
fosszilis tüzelőanyagokat, mint ahogyan azok pótlódnak,
ami sok kérdést vet fel. Az olajjal kapcsolatos számos
probléma (politikailag bizonytalan országokból származik,
használata légszennyező, hozzájárul az üvegházhatáshoz
és így az általános felmelegedéshez stb.) miatt az új,
hosszú távra alkalmas helyettesítő technológiák stratégiai
jelentőséggel bírnak. Ezek közé tartozik ez a tüzelőanyag
cella.
A hidrogén az univerzumban leggazdagabban
rendelkezésre álló elem, és fajlagos energiahordozó
képessége is nagy. Előállítható hagyományos vagy
megújuló energiaforrások, mint pl. nap- vagy szélenergia
segítségével. A hidrogén, ha hozzájutottunk, számos
területen, pl. autózáshoz is alkalmazható. Újrahasznosítható
forrás, vagyis naponta használt üzemanyagunk helyben és
korlátlan mennyiségben előállítható. Amikor tüzelőanyag
cellában használják fel, elektromosság és víz keletkezik. A
vízből azután ismét hidrogén és oxigén állítható elő. Ez egy
folyamatos és természetes ciklus, toxikus emisszió nélkül.
Hasznosítására sokféle lehetőség van, de ezek még
kiaknázásra várnak.
Világszerte több "hidrogén-autópálya" projekten dolgoznak,
és több, mint 200 hidrogén-tankolót építettek a tüzelőanyagcellás autók számára.
b. Mi a tüzelőanyag cella, és hogyan működik?
A tüzelőanyag cella olyan eszköz, mellyel a hidrogénből
újrahasznosítható elektromos energia nyerhető. A hidrogén
és oxigén speciális, erős anyagból való rétegeken reagál
egymással, és égés nélkül keletkezik elektromosság és víz.
A tüzelőanyag cellák iránti érdeklődés a 60-as években
indult meg, a holdraszállás alkalmával. Máig is használják
az űrtechnikában, de egyre fontosabbá válik egyéb célú
alkalmazása.
A hidrogénnel üzemelő autókat "nullemissziós jármű"-nek
hívják. Ha még ráadásul a hidrogént nap- vagy szélenergia
segítségével állítanák elő, akkor korlátlan energiaforrásunk
lenne, és a levegőt sem kéne szennyezni.
Elektromos áramkör
(40-60% hatásfok)
H2 (hidrogén)
tüzelőanyag
Felhasznált
tüzelőanyag
recirkuláció
Áramoltató
lap
Gáz diffúzió
elektród
Katalizátor
Protoncserélő membrán
Ő2 (oxigén)
Hő
Levegő +
vízgőz
Áramoltató lap
Gáz diffúzió
elektród
Katalizátor
3. A szolár hidrogén előállító készletről
A készlettel kémiai és fizikai alapelveket szemléltetünk úgy,
hogy vizet bontunk alkotóelemeire, szolár fotoelektromos
energia segítségével. Meg lehet figyelni a kezdő elektrolízis
(ld. később) a reverzibilis tüzelőanyag cellával, mely
lehetővé teszi a hidrogén és oxigén előállítását és
tároláswát. Látható, hogy a hidrogén egyedülálló
megújítható “energiahordozó” lehet.
Napkollektor specifikáció:
• Panel méret: 125 mm x 155 mm x 8 mm
• Feszültség (optimális teljesítmény): 2,2V DC
• Áram (maximális teljesítmény): 1,1 mA
Megjegyzés: a szolár modul adatok standard feltételekre
vonatkoznak (1,000W/m2, 25°C)
4. Alkatrész lista
A. 1 W napkollektor
B. Kettős banándugós kábel
C. Reverzibilis (megfordítható) 0,3 W tüzelőanyag cella
D. Hidrogén-tank
E. Oxigén-tank
F. Gáz-tartály
G. 16 cm gumi tömlő (cső)
H. 30 cm gumi tömlő (cső)
I. Tömlő csatlakozó
J. Fecskendő
Szükség van még a következőkre, melyek nincsenek a
készlettel szállítva:
1
- Olló
3. lépés:
8. lépés:
11. lépés:
- 100 ml desztillált víz*
*A desztillált víz feltétlenül ajánlott az optimális
működéshez.
5. A reverzibilis 0,3 W tüzelőanyag cella használata
A cella egyedülálló módon egy készülékben egyesíti az
elektrolizáló részt és a tüzelőanyag-cellát. Ha elektromos
áramot kapcsolnak rá, a készülék a sótalanított vízből
elektrolízissel hidrogént és oxigént állít elő. Terhelés
rákapcsolására az elektrolizáló készülékből tüzelőanyag
cella lesz, amely elektromosságot fejleszt hidrogénből.
Tökéletesen alkalmas természettudományos laborokba és
iskolai szemléltetési célokra. Az elektrolizáló készüléket kis
szolárcellákból, szélturbinákból vagy mechanikus kézi
kurblizással nyert energiával is lehet táplálni.
● Méret: 54 mm x 54 mm x 17 mm
● Össztömeg: 69,7 gramm
Elektrolizáló üzemmód
● Bemeneti feszültség: 1,7…2V egyenfeszültség (a 2,5 V-ot
nem szabad túllépni, mert a reverzibilis tüzelőanyag
cellában maradó károsodást okozhat).
● Bemenőáram: ≥0,7 A (2 V esetén)
● Hidrogén termelési ráta: 5 ml/perc
● Oxigén termelés: 2,5 ml/perc
Tüzelőanyag cella üzemmód
● Kimeneti feszültség: 0,6 V (egyenfesz.)
● Kimenőáram: 0,5 A
● Villamos teljesítmény: 300 mW
6. A készlet szerelése
a. A tüzelőanyag cella előkészítése az elektrolízisre
1. lépés:
Állítsa fel a cellát (c) úgy, hogy a fekete bemeneti hüvely
oldala legyen Önnel szemben.
2. lépés:
Ollóval óvatosan vágjon le a gumicsőből (H) két 2 cm-es
darabot. A maradék csövet csere céljára tegye félre.
Az egyik 2 cm-es csődarab egyik
végébe tegyen be egy fekete
csőcsatlakozót (I), a másik végét pedig
rögzítse a felső bal dűznire a cella
fekete banánhüvelyes oldalán.
4. lépés:
A másik 2 cm-es csődarab egyik
végébe tegyen egy piros
csatlakozódarabot (I), a másik végét
pedig rögzítse a felső bal dűznire a
cella piros banánhüvelyes oldalán. (C).
5. lépés:
Vegye ki a tasakjukból a hidrogén-tankot (D), oxigén-tankot
(E) és a gáztartályt (F), és állítsa őket egy sík felületre.
Ellenőrizze, hogy a 16 cm hosszú gumicső biztonságosan
csatlakozik-e a gáztartályhoz (F).
6. lépés:
Mind a hidrogén-tank (D) mind az oxigén-tank (E) oldalán
térfogat mérő van. Öntsön desztillált vizet mindkét tankba a
null-vonalig.
7. lépés:
A gáztartályok (F) két réssel rendelkeznek az alsó részen. A
fölösleges gáz távozni tud, és így nyomás sem tud képződni
az elektrolízis során. Csatlakoztasson alul gáztartályt a
hidrogén- (D) és az oxigén-tankhoz (E), és gondoskodjék,
hogy a rések ne tömődjenek el, és a gáztartályok (F) tele
legyenek desztillált vízzel.
Állítsa a hidrogén-tankot (D) a tüzelőanyag cella (C) mellé
azon oldalra, ahol a fekete tömlő csatlakozó és a fekete
banánhüvely van. Illessze a 16 cm-es gumicsövet (G) a
hidrogén-tankbeli (D) gáztartálytól (F) az alsó jobboldali
dűznire, a fekete tömlő csatlakozó és a fekete banánhüvely
oldalán.
Állítsa az oxigén-tankot (E) a tüzelőanyag cella (C) mellé
azon oldalra, ahol a piros tömlő csatlakozó és a piros
banánhüvely van. Illessze a 16 cm-es gumicsövet (G) az
oxigén-tankbeli (D) gáztartálytól (F) az alsó jobboldali
dűznire, a piros tömlő csatlakozó és a piros banánhüvely
oldalán.
10. lépés:
Vegye elő a fecskendőt (J), és nyomja be teljesen a
dugattyút, hogy biztosan semmi ne maradjon bent.
A tüzelőanyag cella most kész a hidrálásra. A hidrálás
nagyon fontos, mert ennek során víz jut a tüzelőanyag
cellába, és ezt a belül levő membrán abszorbeálja. Víz
hiányában a membrán kiszárad, és a tüzelőanyag cella
maradó károsodást szenved.
A tüzelőanyag cellán (C) távolítsa el a piros tömlő
csatlakozót (I) a 2 cm-es gumicsőről amely a felső jobb
dűznire van csatlakoztatva, és csatlakoztassa a fecskendőt
(J) szorosan a 2 cm-es gumicső nyitott végébe.
Lassan húzza ki a dugattyút, hogy az oxigén tankban levő
desztillált víz átmenjen a 16cm-es gumicsövön (G),
megtöltve a cella (C) oxigén-oldalát. Addig húzza a
dugattyút, míg a desztillált víz el nem ér a fecskendőhöz (J).
Vegye el a fecskendőt (J) a 2cm-es gumicsőtől, és tegye
vissza a piros csőcsatlakozót (I).
12. lépés:
Hagyja a cellát 5 percig magára, hogy, a membrán
abszorbeálja a desztillált vizet.
b. A reverzibilis tüzelőanyag cella (C) most már kész
arra, hogy a napkollektort a napra tegyék, és
bekössék.
1. lépés:
Dugaszolja a piros banándugós kábelt (B) a piros
banánhüvelybe, a fekete banándugós kábelt (B) pedig a
fekete hüvelybe a napkollektoron. Csatlakoztassa a másik
2
végeket a tüzelőanyag cellára (C), és közben ügyeljen,
hogy a banándugó színe egyezzen a tüzelőanyag cellán
levő banánhüvely színével. Ha összecseréli a drótokat,
vagyis piros banándugós kábelt egy fekete banánhüvelybe
dugaszol, feketét pedig piros banánhüvelybe, a cella (C)
maradó károsodást szenved.
2. lépés:
Figyelje meg a cellát: belsejében buborékok képződnek. A
gázok a gáztartályokba gyűlnek, a hidrogén a hidrogéntankba (D), az oxigén az oxigén-tankba (E), a víz pedig a
gáz-kaniszterekbe megy, ezáltal a vízállás a hidrogéntankban (D) és az oxigén-tankban (E) emelkedik.
3. lépés:
A napkollektor (A) a Nap energiáját elektromos energiává
alakítja, és az elektromosságot továbbítja a reverzibilis
tüzelőanyag cellába (C). Az elektromosság segítségével a
reverzibilis tüzelőanyag cella (C) elektrolizáló
berendezésként működik, és a vizet (H2O) oxigénre (O2) és
hidrogénre (H2) bontja.
4. lépés:
Kétszer annyi hidrogén keletkezik mint oxigén, és
megfigyelhető, hogy a hidrogén-tanknál (D) buborékok
jönnek a réseknél a gáztartály alján (F). Ezek azt jelentik,
hogy a gáztartály (F) tele van.
5. lépés:
Válassza el a napkollektort (A) a tüzelőanyag celláról (C),
úgy, hogy a banándugós kábelt (B) eltávolítja a napkollektor
banánhüvelyeiről.
7. Mi az elektrolízis, és hogyan működnek az
elektrolizáló berendezések?
Az elektrolízis során elektromos energiát használnak kémiai
átalakulás létrehozására. A megújítható hidrogén-ciklusnál
az elektromos energia (megújítható forrásokból) arra van
használva, hogy a vízben a hidrogén és oxigén közötti
kötést felbontsa, és azokat elemi gázként felszabadítsa. A
hidrogén mint megújítható energia „tárolva” lesz.
A mai általánosan használt elektrolizáló berendezések a
hidrogént viszonylag kis nyomás mellett állítják elő
(csaknem atmoszférikus nyomás, 200 font/négyzet-inch), és
folyékony bázikus elektrolitokat használnak (KOH vagy
NaOH). Ilyen nyomások mellett nagyobb mennyiségű
hidrogén tárolásához rendkívül nagy edények szükségesek.
Kompresszor segítségével meg lehet növelni a hidrogén
nyomását, de ez bonyolult, ami hátránya az ilyen (bázikus)
technológiának, amely emellett még karbantartásigényes is.
Újabb megoldás a víz elektrolízisére a protoncserélő
membrános berendezés, amilyen a jelen készletben is van
(elektrolizáló modul (A)). A protoncserélő membrános
berendezéssel (PEM) a hidrogént elektrokémiai úton 2000
psi vagy magasabb nyomáson lehet előállítani, így
elmaradhat a mechanikus sűrítés. A PEM-nél alkalmazott
szilárdtest elektrolit-membrán elérheti az elektrolizáló
berendezés élettartamát.
Nincs szükség semmilyen maró savas vagy lúgos
elektrolitra. A PEM elektrolízis további előnyei a bázikussal
szemben többek között a kisebb energiaveszteség és az
eredményül kapott tisztább hidrogén. A PEM elektrolizáló
egyszerű, hordozható és költséghatékony technológia a
hidrogén előállítására, sűrítésére és tárolására.
1. Csatlakoztassa a reverzibilis tüzelőanyag cellát
valamilyen eszközre (pl. ventilátor, LED-lámpa stb…) a
banáncsatlakozók segítségével.
2. A hidrogén- és oxigén-gázok a fenti módon hosszú ideig
tárolhatók; a tüzelőanyag cella a tárolt hidrogént csak
akkor használja, amikor elektromosságra van szükség.
3. Az elektromosság használatakor csökken a tárolt gáz
mennyisége, úgyhogy a desztillált víz ismét tölteni kezdi a
gáztartályt, és a vízszint a hidrogén-tankban (D) és
oxigén-tankban (E) csökken.
4. Ha a gáztartályból elfogy a hidrogéngáz, nem lehet többé
elektromosságot előállítani.
A hidrogén újbóli előállítását kezdje a 11. lépéssel, és
ismételje a leírt műveleteket.
Mihelyt elegendő hidrogén van az (F) gáztartályban, a
H2/O2 cella alkalmas kisebb egységek elektromos
táplálására.
8. Tudnivalók az optimális üzemeltetéshez
1. Csak desztillált vizet használjon – másmilyen víz olyan
anyagokat tartalmaz, melyek a tüzelőanyag cellát
elszennyezik, és tönkre is tehetik. Ha azt észleli, hogy a
cella rozsdásodni kezd, az azt jelenti, hogy a víz, amivel
kísérletezett, nem volt megfelelő.
2. Használat előtt biztosítsa a megfelelő hidratálást.
3. A maximális teljesítmény akkor áll elő, amikor a teljes
elektrolízis-folyamat három-négyszer lefutott, mivel a
cellában levő PEM-membrán többszöri használat után
vesz fel kellő mennyiségű vizet. Optimális hőmérséklet:
20°C - 30°C. Az elektrolízis előtt győződjön meg, hogy a
külső henger tank a nulla jelig meg van töltve desztillált
vízzel.
4. Biztosítsa, hogy a belső hengerek kis réseit ne zárják el a
külső hengerek alsó műanyag peremei. A hidrogén és az
oxigén könnyebbek, mint a víz, így a belső cső felső
részébe gyűlnek, és a vizet kiszorítják. Ha a kis rések
blokkolva vannak, a tüzelőanyag cella belsejében túl nagy
nyomás alakul ki, ami károsodásokhoz vezet.
5. Amennyiben a tüzelőanyag cellát többször használja,
előfordulhat, hogy a külső henger felső részében levő víz
nem tud a belső hengerbe folyni. Ennek oka a
csővezetékben létrejött vákuum. Oldja el a csöveket a
tüzelőanyag cella felső dűznijétől, és a víz rendesen
lefolyik a belső hengerbe.
6. A szabadban hagyott tüzelőanyag cella nagyon érzékeny
az illékony szerves vegyületekre, ezért, amikor befejezte
a kísérletezést, ajánlatos légtömör műanyag tasakban, pl.
egy “Ziploc”-tasakban tartani.
9. Hibakeresés és -javítás
1. A vízszintek nem csökkennek, amikor a gáz-kimeneti
csöveket a cella mindkét oldalán eltávolítják.
Megoldás:
a. Ellenőrizze, hogy a nyílások a belső henger falán
nincsenek-e blokkolva. Ebben az esetben forgassa el a
belső hengert, míg a víz a kis résekbe nem folyik, és fel
nem tölti a belső hengert.
2. Az elektrolizáló berendezés nem termel hidrogént
és/vagy oxigént.
Megoldás:
a. Ellenőrizze, hogy a vezetékek megfelelően vannak-e
csatlakoztatva, és hogy nincsenek-e meglazult
csatlakozások. A tüzelőanyag cella teljesen tönkremehet,
ha az elemcsomag piros vezetéke van a cella fekete
hüvelyébe csatlakoztatva.
b. Ellenőrizze, hogy az elemcsomag kapcsolója „on” (BE)
állásban van-e.
3. A víz elektrolízis lelassul.
Megoldás:
a. Adjon vizet a tüzelőanyag cella oxigén-oldalára, és várjon
kb. 5 percet.
b. Cserélje ki az elemkészlet régi elemeit új AA-elemekre.
3
Loading...