この実験について
燃料電池を負荷に接続し、ガス消費量、水の生成量、供給された電気エネルギーを確認します。負荷抵抗を調整し、有限の反応物がいつ尽きるかを調べます。
学習目標
- 水素、酸素、水、電子の量の収支をとります。
- 端子電力と供給された総エネルギーを区別します。
- 内部抵抗と、負荷整合時の最大電力について説明します。
使い方
- 1負荷を接続し、電圧、電流、電力を記録します。
- 2負荷抵抗を内部抵抗と等しく設定し、近接する値の場合と電力を比較します。
- 3燃料が尽きるまで運転し、制限要因となるガスを特定します。
- 4燃料が尽きる前に負荷を切り離し、水と、それまでに供給されたエネルギーが残ることを確認します。
モデル
前提条件
- 調整された理想気体供給により、298.15 Kで理想的な1.229 Vの可逆電源が維持され、有限の供給在庫が尽きるまで動作します。
- 端子電圧を低下させるのは、一定の内部オーム抵抗だけです。活性化分極と物質移動分極は考慮していません。
- この収支計算では、指定された電源電圧におけるギブズ自由エネルギーの放出量を用います。オーム熱と負荷に供給されるエネルギーの合計は、利用可能な自由エネルギーの減少分に等しく、燃焼エンタルピー全体ではありません。
- ファンは現在の出力を示す指標であり、ローターの慣性はありません。水量計と残量計は、変化を分かりやすく示すために拡大されています。
授業で試してみましょう
- Q1負荷抵抗を小さくすると電流が増えるのに、負荷電力が低下することがあるのはなぜですか？
- Q2水素がなくなった後も、酸素が残ることがあるのはなぜですか？
よくある質問
これは実際の燃料電池の分極曲線全体ですか？
いいえ。これはオーム損失と供給量の有限性に関する収支だけを取り出したものです。実際のセルでは、活性化と物質移動の影響もあります。
ここでいう電気効率は、燃焼エンタルピーを基準にしていますか？
いいえ。これは負荷電圧を選択した可逆電源電圧で割った値であり、その基準となるのは利用可能なギブズ自由エネルギーです。