background image

Politechnika Łódzka 

Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska 

 

Zakład Inżynierii Molekularnej 

 

 

 

 

Instrukcja do ćwiczeń z przedmiotu:  

Ogniwa paliwowe i wodór 

 

 

 

Ćwiczenie nr 3 

Zbadanie pracy ogniwa paliwowego typu DMFC

 

 

 

 

 

 

 

 

Opracował: mgr inż. Wiktor Redzynia 

Zatwierdził: prof. dr hab. inż. Jacek Tyczkowski 

 

Łódź 2012 

 

 

background image

Wstęp

 

Ogniwo paliwowe zasilane metanolem - DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) jest szczególnym 
przypadkiem ogniwa z elektrolitem polimerowym. Jego budowa jest podobna do budowy 
klasycznego ogniwa typu PEMFC. Paliwem jest metanol (CH

3

OH), będący cieczą w 

stosunkowo szerokim zakresie temperatur (-97°C – 64°C, przy ciśnieniu atmosferycznym 
1013 hPa), co jest jego olbrzymią zaletą. Metanol można zatem łatwo magazynować i 
transportować. 

Zasada działania ogniwa schematycznie pokazana jest na rysunku 1. Do anody dostarczany 
jest roztwór metanolu z wodą. Wskutek działania katalizatora (platyna + ruten), zostaje 
wydzielony wodór, który ulega rozkładowi na swobodne elektrony i jony H

+

 (protony). 

Protony wędrują przez membranę PEM w kierunku katody. Do katody – przez zewnętrzny 
obwód elektryczny – podążają również elektrony. Na anodzie, w wyniku reakcji katalitycznej 
pomiędzy  cząsteczkami metanolu i wody, oprócz wodoru, powstają także cząsteczki ditlenku 
węgla CO

2

. Z kolei na katodzie protony i elektrony reagują z dostarczanymi z zewnątrz 

atomami tlenu, tworząc wodę. 

Zachodzące reakcje: 

Anoda: 2CH

3

OH + 2H

2

O → 2CO

2

 + 12H

+

 + 12e

− 

 

Katoda: 3O

2

 + 12H

+

 + 12e

 → 6H

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rysunek 1. Zasada działania ogniwa typu DMFC. 

Reakcja sumaryczna : 
 2CH

3

OH +3O

2

 → 2CO

2

 + 4H

2

2H

2

2CO

2

 

PEM – Proton Exchange Membrane 

3O

2

 

6H

2

12H

+

 

Anoda 

Katoda 

12e

-

 


12e

-

 


2CH

3

OH 

Obciążenie zewnętrzne 

background image

Zalety ogniw DMFC to: 

 

paliwo w postaci metanolu, które można łatwo przechowywać oraz transportować, 

 

nieskomplikowana budowa i obsługa, 

 

bezpieczna praca (stały elektrolit polimerowy), 

 

niska temperatura eksploatacji, 

 

łatwy i szybki rozruch. 

Wadami, które ograniczają zastosowanie ogniw DMFC: 

 

w porównaniu z ogniwem wodorowym, ogniwo metanolowe ma ciągle niższe 
parametry prądowo-napięciowe, co wynika z wolniejszego elektrokatalitycznego 
utleniania metanolu, 

 

w ogniwie DMFC dezaktywacja katalizatora następuje szybciej (samoistny spadek 
napięcia jest większy niż w ogniwie wodorowym), 

 

wysoka toksyczność metanolu i jego zdolność do wywoływania korozji, 

 

w wyniku elektroutleniania metanolu powstaje (obok wody) CO

2

, co jest niepożądane 

np. podczas użytkowania w systemach zamkniętych jak łodzie podwodne. 

 
 
ZAPOZNAĆ SIĘ Z INNYMI TYPAMI OGNIW OMÓWIONYMI W INSTRUCJI DO 
ĆWICZENIA NR 2. 
 
 
 
Cel ćwiczenia 
 
Celem ćwiczenia jest zbadanie pracy ogniwa paliwowego typu DMFC. Ćwiczenie polega na 
ustaleniu charakterystyki napięciowo-prądowej ogniwa. 
 
 
Skład zestawu do badań: 
 

- ogniwo DMFC – 1 szt. 

- multimetr – 2 szt. 

- rezystor nastawny – 1 szt. 

- metanol (<3%) – 1 pojemnik. 

- pipeta – 1 szt. 

- przewody połączeniowe – 4szt. 

 

 
 

background image

 

Rysunek 2. Elementy stanowiska doświadczalnego.

 

 
 

Wykonanie ćwiczenia 

 

I.  Zapoznać się z elementami stanowiska, po czym przystąpić do montażu układu zgodnie z 
rysunkiem 3. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rysunek 3.  Schemat podłączenia układu ogniwo – układ pomiarowy. 
 
II.  Przed rozpoczęciem pomiarów należy poprosić prowadzącego o sprawdzenie poprawności 
podłączeń stanowiska. 
 
III. Wykonanie ćwiczenia: 

1.  Pipetą umieścić niewielką ilość metanolu w ogniwie przez otwory w celi. 
2.  Odczekać 5 minut. 
3.  Ustawić rezystor nastawny w położeniu R = ∞ 

O

2

 

CH

3

OH 

Otwory do 
napełniania 
metanolem 

background image

4.  Wykonać pomiary zapisując odczyty prądu i napięcia do tabeli 1, dla różnych wartości 

oporu rezystora nastawnego. 
 
 
Tabela 1. Pomiary napięciowo-prądowe. 

R [Ω] 

U [V] 

I [A] 

P [W]  

∞ 

 

 

 

330 

 

 

 

100 

 

 

 

33 

 

 

 

10 

 

 

 

3.3 

 

 

 

 

 

 

0.33 

 

 

 

0.1 

 

 

 

 

 

 

 
 
 

Sprawozdanie 

 

 

Wykreślić charakterystykę napięciowo-prądową oraz zależność mocy ogniwa w 
funkcji prądu. 

   Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników i je skomentować. 

 
 
 

Literatura 
 

1.  „Ogniwa paliwowe typu PEM: teoria i praktyka”, Arkadiusz Małek, Mirosław 

Wendeker, Politechnika Lubelska, Lublin 2010. 

2.  „Fuel Cellell Technology for Classrom Instruction”, Cornelia Voight, Stefan Hoeller, 

Uwe Kueter, H-tec 2009. 

3.  http://ogniwa-paliwowe.info