0x01 graphic

INSTYTUT ELEKTROENERGETYKI

ZAKŁAD ELEKTROWNI I GOSPODARKI ELEKTROENERGETYCZNEJ

Elektroenergetyka - LABORATORIUM

Ćwiczenie nr

2

temat

Ogniwo paliwowe PEM

Stanowisko nr

2

prowadzący

data wykonania ćwicz.

data oddania spraw.

data przyjęcia spraw.

Dr inż. Robert Wróblewski

09.04.2013.

17.04.2013

Studia (stacjonarne/niestacjonarne, I st. / II st.)

Stacjonarne I st.

ocena

semestr

4

grupa

E4.2

rok akademicki

2012/2013

Skład grupy:

Jakub Grzelczak

Łukasz Wieczorek

Michał Łuczak

Bartłomiej Zywert

Maciej Niekłań

Uwagi:

  1. Cel ćwiczenia.

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było zapoznanie się z zasadą działania elektrolizera PEM i ogniwa paliwowego PEM. Naszym zadaniem podczas zajęć było wykonanie szeregu pomiarów, dzięki którym możliwe było wykonanie charakterystyki prądowo-napięciowej elektrolizera PEM, charakterystyki prądowo-napięciowej i krzywej mocy ogniwa paliwowego PEM jak i wyznaczenie sprawności energetycznej oraz sprawności Faraday'a.

  1. Przebieg ćwiczenia.

2.1. Schemat 1

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

0x01 graphic

Rys. 1 Schemat pomiarowy elektrolizera 1

2.2. Schemat 2

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

0x01 graphic

Rys. 2 Schemat pomiarowy ogniwa

3. Przebieg ćwiczenia

3.1. Charakterystyka prądowo-napięciowa elektrolizera PEM

Tabela 3.1. Charakterystyka prądowo napięciowa elektrolizera

L.p.

U[V]

I[A]

1

0,2

0

2

0,46

0

3

0,76

0

4

1,11

0

5

1,31

0

6

1,46

0

7

1,53

0,17

8

1,59

0,4

9

1,65

0,65

10

1,7

0,89

11

1,77

1,14

12

1,81

1,32

13

1,88

1,5

14

1,93

1,68

15

2,03

1,95

16

2,06

2,03

3.2. Sprawność energetyczna i sprawność Faradaya elektrolizera PEM

Tabela 3.2. Wyniki pomiarów pracy elektrolizera

L.p.

VH2[cm3]

t[s]

U[V]

I[A]

1

10

36,25

2,07

2,04

2

20

72,98

2,07

2,04

3

30

114,1

2,08

2,03

4

40

155,43

2,07

2,03

5

50

195,69

2,07

2,03

6

60

237,29

2,07

2,03

7

70

279,08

2,07

2,03

Obliczenia:

- sprawność energetyczna

0x01 graphic

- sprawność Faradaya

0x01 graphic

0x01 graphic

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

Tabela 3.3. Charakterystyka prądowo-napięciowa ogniwa paliwowego

L.p.

R[Ω]

U[V]

I[A]

P[W]

1

∞

1

0

0

2

330

0,95

0

0

3

100

0,92

0,01

0,0092

4

30

0,88

0,03

0,0264

5

10

0,86

0,09

0,0774

6

5

0,83

0,16

0,1328

7

3

0,8

0,26

0,208

8

2

0,77

0,37

0,2849

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

Tabela 3.4. Wyniki pomiarów pracy ogniwa

L.p.

VH2[cm3]

t[s]

U[V]

I[A]

1

80

0

0,42

2,15

2

70

38,94

0,42

2,16

3

60

76,37

0,42

2,14

4

50

113,51

0,42

2,14

5

40

151,92

0,42

2,14

6

30

190,53

0,41

2,14

7

20

228,12

0,41

2,13

8

10

263,91

0,42

2,06

Obliczenia:

- sprawność energetyczna

0x01 graphic

- sprawność Faradaya

0x01 graphic

0x01 graphic

  1. Wykresy

4.1. Charakterystyka prądowo-napięciowa elektrolizera PEM

0x01 graphic

4.2. Zależność objętości wyprodukowanego gazu od czasu

0x01 graphic

    1. Charakterystyka prądowo-napięciowa ogniwa paliwowego

0x01 graphic

    1. Krzywa mocy ogniwa paliwowego

0x01 graphic

  1. 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 30,2% i 76%. 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.