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Pila de combustible de hidrógeno

Educación secundaria superiorQuímicaPila de combustible de hidrógeno con suministro limitado, fuente reversible constante, carga resistiva y pérdida óhmica interna

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Acerca de este experimento

Conecta una pila de combustible a una carga y observa el consumo de gas, la producción de agua y la energía eléctrica suministrada. Ajusta la resistencia de carga y descubre cuándo se agota una cantidad limitada de reactivo.

Objetivos de aprendizaje

  • Realiza el balance de las cantidades de hidrógeno, oxígeno, agua y electrones.
  • Distingue entre la potencia instantánea en los terminales y la energía total suministrada.
  • Explica la resistencia interna y la potencia máxima con la carga adaptada.

Cómo usarlo

  1. 1Conecta la carga y registra la tensión, la corriente y la potencia.
  2. 2Iguala la resistencia de carga a la resistencia interna y compara la potencia con la de valores próximos.
  3. 3Deja funcionar el sistema hasta que se agote el combustible e identifica el gas limitante.
  4. 4Desconecta la carga antes de que se agote el combustible y comprueba que el agua y la energía suministrada hasta ese momento permanecen.

El modelo

El modelo lineal de fuente alcanza la potencia máxima en la carga cuando R L es igual a la resistencia interna.
El hidrógeno y el oxígeno se consumen en una proporción de dos a uno.
La energía eléctrica y la pérdida óhmica interna representan la liberación de energía libre del modelo.

Supuestos

  • Las alimentaciones reguladas de gas ideal mantienen una fuente reversible ideal de 1,229 V a 298,15 K hasta que se agota una cantidad limitada de gas.
  • Solo una resistencia óhmica interna fija reduce la tensión en los terminales. Se omiten la polarización por activación y la de transferencia de masa.
  • El balance utiliza la energía libre de Gibbs liberada a la tensión de fuente especificada. El calor óhmico más la energía de la carga equivalen a la disminución disponible de esa energía libre, no a la entalpía total de combustión.
  • El ventilador indica la potencia instantánea y no tiene inercia del rotor. Los indicadores de agua y de inventario son ilustraciones ampliadas.

Pruébalo en clase

  1. Q1¿Por qué una menor resistencia de carga puede aumentar la corriente y reducir la potencia de la carga?
  2. Q2¿Por qué puede quedar oxígeno después de que se agote el hidrógeno?

Preguntas frecuentes

¿Es esta la curva de polarización completa de una pila de combustible real?

No. Aísla la pérdida óhmica y el balance de alimentación finita. Una pila real también presenta efectos de activación y de transferencia de masa.

¿Se refiere aquí la eficiencia eléctrica a la entalpía de combustión?

No. Es el voltaje de carga dividido por el voltaje de la fuente reversible elegida, así que su referencia es la energía libre de Gibbs disponible.