Ćwiczenie nr 4	Temat ćwiczenia: Ogniwo paliwowe metanolowo-powietrzne i etanolowo-powietrzne	Sprawozdanie
Nr zespołu: 1	Wydział, rok, grupa: WEiP, III, 2	Data: 29.10.2012r.
Nazwisko i imię:	Ocena
	Teoria:	Wykonanie ćwiczenia:
1. Jadwiga Zawisza
2. Piotr Szewczyk
3. Paweł Gorzała

1. Część teoretyczna:

Ogniwa metanolowo – powietrzne (DMFC: Direct - Methanol Fuel Cell), będące przedmiotem niniejszego ćwiczenia, należą do ogniw polimerowych. To ostatnie określenie stanowi swego rodzaju skrót myślowy. Ściślej mówiąc, ogniwa paliwowe polimerowe posiadają polimerową membranę, umieszczoną pomiędzy elektrodami, na których powierzchni zachodzą reakcje utleniania i redukcji, warunkujące wystąpienie siły elektromotorycznej.

Obecnie najpopularniejszym typem z w/w grupy jest ogniwo zasilane wodorem. W tym przypadku polimerowa membrana – elektrolit, stanowi barierę między anodą i katodą, w obrębie której odbywa się transport protonów. Źródłem kationów jest reakcja utleniania przebiegająca na anodzie(-). Uwolnione w jej wyniku elektrony przepływają przez obwód zewnętrzny do katody, gdzie następuje redukcja tlenu i powstawanie, z udziałem przemieszczających się przez membranę protonów, końcowego produktu reakcji – wody.

Ogniwo badane w niniejszym ćwiczeniu jest podobne do opisanego powyżej, jednak tu paliwem umożliwiającym generację energii elektrycznej jest roztwór metanolu. Reakcje elektrodowe przebiegają właściwie przy udziale cząsteczek tlenu, wody i metanolu.

Rys. 1. Schemat ogniwa DMFC.

Na katodzie z otoczenia zostają zaabsorbowane cząsteczki tlenu, na anodzie natomiast cząsteczki metanolu i wody z dostarczonego paliwa. Tlen podlega procesowi jonizacji, podczas gdy na anodzie dochodzi do rozpadu wody i alkoholu metylowego. Protony powstałe na elektrodzie ujemnej przemieszczają się przez polimerową membranę na katodę (jony CO2+ i O2- migrują wzdłuż anody), gdzie następuje rekombinacja jonów do cząsteczek wody. Naturalnie produktem wydzielającym się na anodzie jest dwutlenek węgla.

Reakcje elektrodowe przebiegają jak poniżej:

na anodzie: CH3OH + H2O  CO2+ 6H+ + 6e- (1)

na katodzie: 1,5O2 + 6H+ +6 e-  3H2O (2)

sumarycznie: CH3 OH + 1,5O2  CO2 + 2H2O (3)

Teoretyczna ilość energii elektrycznej, jaką możemy uzyskać wykorzystując ogniwo paliwowe metanolowo – powietrzne to 5 kWh/dm3. Oczywiście praktyczne osiągnięcie takich wartości nie jest możliwe ze względu na ograniczone sprawności ogniw DMFC dochodzące do ok. 35%.

Ogniwo paliwowe, do zasilenia którego wykorzystuje się etanol jest zbudowane dokładnie tak samo jak omówione powyżej. Można zauważyć także wyraźną analogię zachodzących w czasie pracy ogniwa reakcji utleniania – redukcji:

na anodzie: C2H5OH  CH3CHO + 2H+ + 2e- (4)

C2H5OH + H2O  CH3COOH + 4H+ + 4e- (5)

C2H5OH + 3H2O  2CO2 + 12H+ + 12e- (6)

na katodzie: 4H+ + 4e- + O2  2H2O (7)

Produkty uzyskiwane w wyniku reakcji na anodzie są wynikiem niezupełnego utlenienia alkoholu etylowego. Łatwo zauważyć, że w wyniku pracy ogniwa środowisko w przestrzeni reakcyjnej anody zakwasza się.

2. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z alternatywnymi rodzajami ogniw paliwowych. W tym przypadku z zasadą działania ogniwa metanolowo – powietrznego.

3. Opracowanie wyników:

a) Ustalenie wartości napięcia spoczynkowego ogniw:

Czas [s]	Napięcie [V]
	Ogniwo 1
0	0,583
30	0,598
60	0,603
90	0,608
120	0,610
150	0,611
180	0,613
210	0,614
240	0,614
Usp	0,6124

Tab.1 Ustalenie wartości napięcia spoczynkowego ogniw paliwowych DMFC.

Wartość napięcia spoczynkowego określamy jakoś średnią 5 ustabilizowanych pomiarów:

U_sp = (0,610+0,611+0,613+0,614+0,614)/5 = 0,6124

Rys.1 Wykres zależności napięcia w funkcji czasu: