POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI ZAKŁAD ELEKTROWNI I GOSPODARKI ELEKTROENERGETYCZNEJ
Laboratorium Elektroenergetyki Ćwiczenie nr 2 Temat: Ogniwa paliwowe PEM..
Rok akademicki: 2012/13 Wydział Elektryczny Kierunek: Elektrotechnika Nr grupy: E4-2	Wykonawcy: 1.Marek Szymański 2.Jakub Wrocławski 3.Paweł Nawrocki 4.Anna Każimierczak 5. Marcin Woźny	Data
				wykonania ćwiczenia	oddania sprawozdania
				4.06.2013	9.04.2013
				Ocena:
Uwagi:

1. Cel ćwiczenia

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było poznanie zasady działania elektrolizera PEM, oraz ogniwa paliwowego PEM. Naszym zadaniem podczas zajęć laboratoryjnych było wykonanie pomiarów umożliwiających wykonanie charakterystyki prądowo-napięciowej elektrolizera PEM oraz charakterystyki prądowo-napięciowej i krzywej mocy ogniwa paliwowego PEM, a także wyznaczenie sprawności energetycznej oraz sprawności Faraday'a.

2. Schemat pomiarowy

2.1. Schemat 1

Schemat połączeń elementów dla zdjęcia charakterystyki prądowo-napięciowej elektrolizera oraz pomiaru parametrów potrzebnych do obliczenia sprawności.

Rys. 1 Schemat pomiarowy elektrolizera 1

2.2. Schemat 2

Schemat połączeń elementów dla zdjęcia charakterystyki prądowo-napięciowej ogniwa paliwowego oraz pomiaru parametrów potrzebnych do obliczenia sprawności.

Rys. 2 Schemat pomiarowy ogniwa

3. Przebieg ćwiczenia

3.1. Charakterystyka prądowo-napięciowa elektrolizera PEM

Celem wykonywanego eksperymentu jest wyznaczenie napięcia progowego przy którym elektrolizer PEM rozdziela wodę na wodór i tlen. Wykonujemy pomiar prądu oraz napięcia

u	I
[V]	[A]
0	0
0,09	0
0,18	0
0,24	0
0,37	0
0,45	0
0,57	0
0,68	0
0,77	0
0,86	0
0,97	0
1,05	0
1,15	0
1,26	0
1,4	0,01
1,44	0,01
1,47	0,04
1,48	0,05
1,49	0,06
1,5	0,09
1,51	0,11
1,52	0,15
1,53	0,16
1,56	0,26
1,58	0,36
1,66	0,7
1,68	0,8
1,75	1,08
1,8	1,27
1,86	1,49
1,93	1,72
1,99	1,8

Tabela 3.1. Charakterystyka prądowo napięciowa elektrolizera

3.2. Sprawność energetyczna i sprawność Faradaya elektrolizera PEM

Celem wykonywanego eksperymentu jest wyznaczenie sprawności energetycznej oraz sprawności Faradaya elektrolizera. Podczas pracy elektrolizera spisujemy wartości wyprodukowanego wodoru oraz czas w jakim to nastąpiło, a także wartości prądu i napięcia.

Tabela 3.2. Wyniki pomiarów pracy elektrolizera

L.p.	VH2[cm^3]	t[s]	U[V]	I[A]
1	10	0	2	1,79
2	20	49	2	1,79
3	30	79,2	2	1,79
4	40	130,8	2	1,79
5	50	182,4	2	1,79
6	60	210	2	1,79
7	70	259,8	2	1,79
8	80	315	2	1,79

Obliczenia:

- sprawność energetyczna

- sprawność Faradaya

3.3. Charakterystyka napięciowo-prądowa i krzywa mocy ogniwa paliwowego PEM

Celem wykonywanego eksperymentu jest wyznaczenie rezystancji i prądu dla optymalnej mocy ogniwa paliwowego PEM, a także charakterystyki napięciowo-prądowej. Mierzone wartości to prąd i napięcie, rezystancja była nastawiana z oporników nastawnych.

Tabela 3.3. Charakterystyka prądowo-napięciowa ogniwa paliwowego

L.p.	R[Ω]	U[V]	I[A]	P[W]
1		1,02	0	0
2	300	1	0	0
3	100	0,97	0,01	0,0097
4	30	0,94	0,03	0,0282
5	10	0,9	0,09	0,081
6	5	0,87	0,17	0,1479
7	3	0,84	0,27	0,2268
8	2	0,81	0,38	0,3078
9	1+∞+∞	0,71	0,66	0,4686
10	1+2+∞	0,66	0,91	0,6006
11	1+1+∞	0,62	1,1	0,682
12	1+1+2	0,59	1,26	0,7434
13	1+1+1	0,57	1,39	0,7923
14	1+2+0	0,43	2,13	0,9159
15	1+1+0	0,43	2,17	0,9331
16	1+0+0	0,29	3,02	0,8758
17	0+0+0	0,2	3,62	0,724
18	Zwarcie	0,11	4,21	0,4631

3.4. Sprawność energetyczna i sprawność Faradaya ogniwa paliwowego PEM

Celem wykonywanego eksperymentu jest wyznaczenie sprawności energetycznej oraz sprawności Faradaya ogniwa paliwowego. Podczas pracy ogniwa spisujemy wartości wykorzystanego wodoru oraz czas w jakim to nastąpiło, a także wartości prądu i napięcia.

Tabela 3.4. Wyniki pomiarów pracy ogniwa

L.p.	VH2[cm^3]	t[s]	U[V]	I[A]
1	80	0	0,25	0,4
2	70	0	0,68	1,13
3	60	1,14	0,66	1,1
4	50	2,22	0,66	1,1
5	40	3,34	0,65	1,09
6	30	4,44	0,65	1,09
7	20	6	0,64	1,08
8	10	7,07	0,64	1,08

Obliczenia:

- sprawność energetyczna

- sprawność Faradaya

4. Wykresy

4.1. Charakterystyka prądowo-napięciowa elektrolizera PEM

4.2. Zależność objętości wyprodukowanego gazu od czasu

1. Charakterystyka prądowo-napięciowa ogniwa paliwowego

2. Krzywa mocy ogniwa paliwowego

5. Wnioski

Jak widać na załączonej charakterystyce prądowo-napięciowa elektrolizera PEM początek rozkładu miał miejsce dopiero od około 1,53V. Podczas gdy teoretyczne napięcie potrzebne do rozkładu wody wynosi 1,23V.

Obliczone sprawności wynoszą dla ogniwa paliwowego i elektrolizera kolejno 38% i 95%. Jak widać jest to bardzo znacząca różnica. Zdecydowanie niższa sprawność ogniwa paliwowego może być spowodowana rezystancją wewnętrzną ogniwa, przez co mogliśmy zaobserwować niższy prąd przepływający przez niego.

Natomiast charakterystyka zależności objętości wyprodukowanego gazu w stosunku do czasu jest liniowa. Świadczy to o tym, że ilość produkowanego wodoru jest stała w czasie.

Przechodząc do charakterystyki zależności mocy od prądu wyraźnie widać na niej, że najwyższą moc jaką udało się uzyskać, a wynosiła ona 0,9331W zaobserwowaliśmy przy napięciu 0,43V i prądzie 2,17A oraz przy nastawie dekad połączonych równolegle 1+1+0 Ω.

5

---