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.

2. Przebieg ćwiczenia.

2.1. Schemat 1

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

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.

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[cm^3]	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

- sprawność Faradaya

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[cm^3]	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

- 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 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.

---