MODELLINO DIDATTICO DI UNA
CELLA A COMBUSTIBILE
Alcune proposte di studio
Laboratorio Fuel Cell - esterno
Laboratorio Fuel Cell - esterno
Serbatoio di
accumulo H2
Capacità 750 l
Pressione di esercizio 5 bar
Massa di accumulo ~ 350 g di H2
Laboratorio Fuel Cell - interno
Elettrolizzatore
1 Nm3/h di H2
Consumo 6 kWh
Laboratorio Fuel Cell - interno
Deionizzatore ad osmosi inversa
Generatore d’azoto
Impianto di refrigerazione
elettrolizzatore
Laboratorio Fuel Cell - interno
Cella a
Combustibile
0,8 kW
Consumo H2:
14 Nl/min
Serbatoio
condense
Bomboletta a idruri
metallici = 240 Nl di H2
Kit di simulazione laboratorio
Vantaggi dei modellini in scala
•
•
•
•
Approccio graduale allo studio del
funzionamento dell’apparecchiatura;
Svolgimento di attività didattiche di gruppo;
Costi contenuti;
Interazione diretta con strumentazione
semplice;
Schema di cella a combustibile
PEM:
Protonic Exchange Membrane
Anodo:
H2(g)→ 2H → 2H+(aq) + 2eCatodo:
½O2(g) + 2H+(aq) + 2e- → H2O(liq)
E’ un sistema elettrochimico che permette di convertire l’energia
chimica di un combustibile in energia elettrica senza ciclo termico
intermedio
Video descrittivo del funzionamento
Fonte: Labter-Crea Mantova, Progetto ZeroRegio
Filmato visibile online alla pagina
www.bit.ly/zeroregio
KIT PER ESPERIMENTI
ALCUNI ESEMPI
Elettrolisi H2O
•Volumi: VH2-VO2
•Massa: m H2-m O2
•Carica elementare
•1a legge di Faraday
Carica Elementare
V H2 (cm 3)
t (s)
0
20
38
68
50,0
85
102
40,0
120
30,0
139
V (cm3)
148
20,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
I (A)
q=I.t (C)
2,0
0
2,0
40
2,0 V/q 76
2,0
136
2,0
170
2,0
204
2,0
240
2,0
278
2,0
296
V H2 (cm3)
Lineare (V H2 (cm3))
y = 0,126x + 0,009
10,0
0,0
0
100
200
q (C)
300
400
Carica Elementare, calcoli
Pendenza retta ~ 0,13 cm3/C; dH2 a 25° C = 8,25 *10-5 g/cm3
Per 1 C di carica:
mH 2  VH 2 d H 2
g
5
 0,13cm  8,25  10

1
,
07

10
g
3
cm
3
5
1,07  105 g
moli H 2 
 0,53  105 moli
2,016 g
mole
N  elettroni  2 e -
molecola
 N molecole 
2  0,53  10 -5 moli  6,023  1023 molecole
moli
 6,4  1018 elettroni
1C
19
Carica e 

1
,
6

10
C
18 
6,4  10 e
-
a
1 Legge
di Faraday
La massa prodotta ad un elettrodo durante l’elettrolisi è direttamente proporzionale
alla quantità di carica fornita
M Q
m
zF
Dove:
•m è la massa della sostanza prodotta all’elettrodo;
•M è la massa molare della sostanza;
•Q è la carica totale utilizzata (I * tempo );
•z è il numero di cariche trasferite per ione;
•F è la costante di Faraday (96485 C/mole)
Corrente Tensione Elettrolizzatore
MISURA V (volt)
DATI RACCOLTI
I (A)
Corrente/Tensione
1
1,1
0,002
2
1,207
0,002
3
1,308
0,002
4
1,4
0,01
0,8
5
1,507
0,106
0,6
6
1,55
0,283
0,4
7
1,602
0,559
0,2
8
1,653
0,865
9
1,675
0,99
10
1,686
1,055
1,2
I(A)
I = 5,7V - 8,7
1
0
I = 0,2V - 0,3
0
0,25
0,5
0,75
V
1
1,25
1,5
1,75
Caratteristica corrente tensione dell'elettrolizzatore
Tensione di decomposizione H2O
2
CURVA DI POTENZA DELLA
FUEL CELL
DATI RACCOLTI
R()
U(V)
I (A)

0,06875
0.00
P(W):
P=V-I
0.000
330
0,06736
0.01
0.001
Grafico della
caratteristica
tensione corrente
100
0,06528
0.01
0.001
33
0,0625
0.03
0.027
10
0,05833
0.08
0.075
3.03
0,05278
0.22
0,11597
1
0,04306
0.56
0,24097
0.33
0.47
1.05
0,34306
0.01
0.32
1.43
0,31806
0
0.24
0,08403 0,26806
Grafico della
caratteristica
potenza corrente