Návod k Sestavení CE Model No,: FOJJ-22 Upozornění Zabraňte nebezpečí újmy na zdraví, zranění nebo smrti: Upozornění: Tato stavebnice smí být používána pouze osobami, které jsou starší 12 let a pouze za přítomnosti dospělé osoby, která je obeznámena s opatřeními týkajících se bezpečného měření při použití této stavebnice. Stavebnice by měla být držena mimo dosah malých dětí a zvířat. Obsahuje také malé části, které by mohly být polknuty. Před použitím stavebnice si pečlivě přečtěte tento návod a uložte si jej pro potřebu nahlédnutí. 1. Před započetím sestavení této stavebnice, si velmi pečlivě přečtěte tento návod k sestavení. 2. Tato stavebnice je navržena pro děti starší 12 let. Vždy by však měly být pod dohledem dospělé osoby, která je obeznámena s opatřeními týkající se bezpečného měření při použití této stavebnice. 3. Během sestavení stavebnice jsou zapotřebí použít některé nástroje, Vždy dbejte na osobní bezpečnost, aby nedošlo ke zranění osoby. 4 Některé části jsou velmi malé a křehké. Zacházejte s nimi velmi opatrně, aby nedošlo k jejich rozlomení a poškození. Zacházejte se všemi částmi velmi opatrně. 5. Nepoužívejte žádné jiné části než ty, které jsou součástí této stavebnice a nejsou určeny k použití s touto stavebnicí a jsou popsány v tomto návodu k sestavení. Nerozebírejte žádné části této stavebnice. 6. Neochutnávejte ani nepijte žádné tekutiny, které jsou jako součástí určeny k pokusům s touto stavebnici. 7. Etanol mějte vždy mimo dosah ohně, pokud připravujete roztok k pokusům. Je přísně zakázáno etanol zapalovat, stejně tak připravený roztok. 8. Doporučená teplota pro pokusy s touto stavebnicí je v rozmezí 5C až 40C.
ÁVOD K SESTAVEN BIOENERGY KIT NÁVOD K SESTAVENÍ Co budete potřebovat: Příprava 10% roztoku etanolu: Upozornění: Zabraňte vniknutí čistého etanolu do palivového článku. DEFC vytváří energii pouze při koncentraci etanolu v rozmezí 5-15% alkoholu. Koncentrace vyšší než 15% může poškodit palivový článek, který by dále nemusel správně pracovat. Pro správnou funkci použijte mix 10% etanolu a 90% vody. Během přípravy směsi, vždy držte etanol mimi dosah ohně. Zapalovat etanol nebo jeho směs je přísně zakázáno. Krok 1: Naplňte míchací nádobku do úrovně 6ml čistým etanolem (viz obrázek A). Krok 2: Naplňte zbytek míchací nádobky do objemu 60ml čistou vodou. (viz obrázek B). Krok 3: Řádně směs promíchejte Pokus 1: Vytváření elektrické energie z etanolu a vody. KROK 1 KROK 2 Stavebnici Vodu Etanol Nasaďte list vrtule na čelní kryt palivového článku. Zatlačte opatrně vrtuli na osu motoru Otevřete vstupní filtr palivového článku posunutím spínače směrem doprava Ujistěte se, že všechna přívodní potrubí jsou řádně upevněna k zásobníku palivového článku. Ujistěte se, že přívodní potrubí do filtru a palivového článku jsou těsně upevněny a spínač na filtru míří směrem doprava k zásobníku palivového článku. KROK 3 KROK 4 Naplňte zásobník roztokem etanolu. Položte víčko zpět na zásobník Po 5 až 10 minutách připojte pomocí kroko svorek vodiče od ventilátoru k deskám, které jsou ponořeny v palivovém článku a které vyúsťují na horní straně palivového článku Poznámka: Poté, co započne roztok etanolu vytékat z přívodní trubičky, uzavřete ventil filtru posunutím ovladače ventilu směrem doleva. Počkejte 5 až 10 minut a připojte vodiče. Před připojením vodičů je nutno vyčkat již zmíněných 5 až deset minut než se rozběhne reakce. Před každým doplněním roztoku vždy vyčkejte tuto dobu, než připojíte vodiče. Protože reakce probíhá velmi pomalu, je možno nechat běžet ventilátor i několik hodin, než je nutno provést další doplnění paliva.
Pokus 2: Zjištění polarity Krok 1: Připojte červený přívod pomocí kroko svorky ke kladnému pólu palivového článku. Je označen (+). Následně připojte černý vodič k zápornému pólu palivového článku. Ventilátor se započne otáčet ve směru hodinových ručiček. Znamená to, že proud prochází od kladného pólu k zápornému a roztočí ventilátor ve směru hodinových ručiček. Krok 2: Nyní vše opakujte, avšak připojte červený vodič k zápornému pólu palivového článku a černý vodič ke kladnému článku. Ventilátor se započne otáčet proti směru hodinových ručiček. Závěr: Proud prochází od kladného k zápornému pólu. A roztočí ventilátor ve směru hodinových ručiček. Při obrácení polarity, roztočí ventilátor proti směru hodinových ručiček. Pokus 3: Spotřeba Etanolu Když se začne ventilátor zpomalovat a následně se zcela zastaví, znamená to, že směs v palivovém článku byla vyčerpána. ZA normální pokojové teploty se většina etanolu přemění v kyselinu acetátovou, která je součástí běžného vinného octu. Nyní prozkoumejme, jaká je spotřeba etanolu, než se započne ventilátor zpomalovat. Krok 1: Přiložte PH papírek k vyústění u filtru, jak ukazuje obrázek 3A1 Krok 2: Nyní otočte ventilem, a vypusťte trochu kapaliny na PH papírek. Jak můžete vidět, papírek rychle změní barvu na červenou. Krok 3: Ponořte nový PH papírek do nádržky se zásobním roztokem. Vidíte, že zabarvení PH papírku se mění jen velmi nepatrně. Rozdíly v zabarvení PH papírku ukazují, že došlo k chemické reakci, která posunula PH roztoku z původních asi PH6 na PH2, kdy reakcí na anodě palivového článku vzniká kyselina acetátová. Průběh chemické reakce na anodě je popsán na straně 8. Ukazuje, že kyselina acetátová je vytvořena uvolněním protonu vodíku z etanolu a protonu vodíku z vody. Tyto uvolněné protony procházejí membránou palivového článku a uvolňují elektrony, které jsou zdrojem elektrického proudu, který následně roztočí ventilátor. Závěr: Přímý palivový článek vytváří elektrickou energii z chemické reakce, kdy přeměňuje roztok etanolu na kyselinu acetátovou, která je podobná látce zvané vinný ocet. Roztok je po určité době vyčerpán, a proto musí být po nějaké době regenerován, aby se ventilátor mohl stále točit.
Pokus 4: Výzkum vlivu koncentrace roztoku na účinnost Můžete vytvořit různé koncentrace etanolu jako paliva ve výsledném mixu. Pro 15% koncentraci přidejte 9ml etanolu a doplňte nádobku na 60ml. K vlastnímu měření můžete použít multimetr nebo softwarový adaptér FCJJ-24 k měření napětí na palivovém článku. Během tohoto experimentu zjistíte, že různá koncentrace etanolu jako paliva nemá významný vliv na rychlost otáčení ventilátoru. Důvodem je skutečnost, že kapacita katalyzátoru v membráně palivového článku má omezenou kapacitu. Je to podobné jako když množství lidí prochází úzkými dveřmi. Množství lidí je dáno, které za jednotku času projdou je určeno šířkou dveří a nikoliv množstvím lidí, kteří chtějí projít. Upozornění. Bezpečná koncentrace etanolu pro tyto pokusy je 5-15%. Mějte na paměti, že není možno zvyšovat koncentraci nad hodnotu 15-20%, protože by mohlo dojít k poškození palivového článku. Tip: pokud zařízení nebudete používat po dobu delší než jeden den, vyčerpejte nejdříve všechnu energii z aktivního roztoku a potom vylijte směs, která je v zásobní nádržce. Vyčistěte zásobní nádržku destilovanou vodou. Ujistěte se, že je ventil v poloze vpravo. Všechna voda by měla být ze zásobní nádržky vypuštěna. Neponechte roztok stát v palivovém článku, protože by to mohlo palivový článek poškodit. Pokus 5: Výroba elektřiny z vína nebo z piva Zkuste vyrobit elektřinu z různých alkoholických nápojů, jako je například víno nebo pivo. Postupujte podle bodů v experimentu 1, výroba elektřiny z etanolu a vody. Upozornění: Použitý alkoholický nápoj by měl mít koncentraci etanolu v rozmezí 5-15% alkoholu. Pokud použijete nápoj s vyšší koncentrací alkoholu, musíte přidat přiměřené množství vody, tak aby došlo k naředění na požadovanou koncentraci 5-15% alkoholu. Používání znečistěného etanolu může časem poškodit palivový článek. Proto vyzkoušejte pokusy s nečistým etanolem až poté, co provedete všechny pokusy s čistým etanolem. Poté co jste dokončili tyto pokusy, jste si jistě všimli, že různé druhy ne zcela čistého etanolu mají zásadní vliv na účinnost palivového článku. Je to tím, že některé alkoholické nápoje kromě etanolu obsahují různé příměsi, které znečisťují membránu s katalyzátorem a tímto snižují účinnost palivového článku. K měření účinnosti použijte multimetr, kterým měříte výstupní napětí a procházející proudy a tímto můžete zjistit účinnost pro různé typy etanolových směsí. Proveďte následující pokus: Můžete se přesvědčit, že různá teploty má významný vliv na účinnost palivového článku. Přesvědčíte se, že při různých teplotách produkuje palivový článek různá napětí. Tyto hodnoty si zapište do tabulky a budete tak schopni určit nejlepší podmínky pro účinnou funkci tohoto palivového článku a dosáhnout tak nejlepších výsledků. Pokus 6: Výzkum vlivu teploty na účinnost. Poznámka: Dříve než započnete foukat teplý vzduch na palivový článek, přesvědčte se rukou, že teploty vzduchu není příliš vysoká. Doporučená je teplota pod 60C. Krok 1: Použijte vysoušeč vlasů k foukání teplého vzduchu na palivový článek. Nebo můžete nalít již zahřátou směs etanolu do zásobní nádržky. Ihned zpozorujete, že ventilátor se započne otáčet rychleji. Krok 2: Použijte multimetr nebo sondu FCJ-24 pro měření napětí na palivovém článku. Budete is moci ověřit jak teploty ovlivňuje účinnost palivového článku. Výsledky si zaneste do tabulky a později tak budete schopni určit nejlepší podmínky pro funkci palivového článku. Při vyšších teplotách se atomy etanolu započnou pohybovat rychleji, Což zrychlí celkově katalytickou reakci a ve výsledku toto vede ke zvýšení produkce elektrické energie. V našem přídě k vyššímu výstupnímu napětí a následně k rychlejšímu otáčení se ventilátoru. Závěr: 1 Vyšší teplota vede ke zvýšení rychlosti pohybu atomů etanolu co ž zvyšuje množství jednotlivých reakcí s katalyzátor na povrchu membrány a ve výsledku toto vede k vyšší produkci elektrické energie. 2 Vyšší teplota rovněž vede k vyšší aktivitě membrány a k účinnější výměně protonů vodíku. Toto vede k nárůstu produkce elektrické energie a ke zvýšení otáček ventilátoru. Zvýšit schopnost produkce elektrického proudu je tedy možné jak zvýšením pracovní teploty membrány, tak zvýšením teploty roztoku etanolu.
Možné problémy A. Otáčky ventilátoru se začínají zpomalovat, nebo se zcela zastaví Řešení a. Odpojte přívody k motorku ventilátoru od palivového článku. Odpojte přívodní trubičku od nádoby palivového článku a vypusťte vyčerpanou kyselou kapalinu ven z palivového článku. Připojte přívodní trubičku a otevřete ventilek přívodu čerstvého mixu etanolu. Naplňte palivový článek čerstvou směsí. Počkejte asi 5-10 minut. Následně můžete připojit přívodní vodiče od ventilátoru k palivovému článku. Ťukněte lehce do vrtule ventilátoru, aby se opět začala otáčet konstantní rychlostí. b. Pokud je hladina zásobní směsi již příliš nízká, namíchejte novou směs a doplňte zásobník směsi na požadovanou hladinu. c. Také můžete vyzkoušet následující postupy: Krok 1: Odpojte přívodní vodiče od palivového článku Krok 2: Vylévací trubičku odpojte od ventilku filtru a nasměrujte ji do vhodné nádobky. Krok 3: Otevřete ventil filtru do polohy vpravo. Vypusťte vyčerpaný roztok z prostoru palivového článku. Následně naplňte palivový článek čerstvým roztokem. Krok 4: Vyčkejte 5-10 minut než opět připojíte vodiče ventilátoru k palivovému článku. Po připojení by se měl ventilátor začít otáčet konstantní rychlostí. Palivový článek je schopen spustit reakci opakovaně. A další protony mohou procházet přes membránu palivového článku. B. Všechny vodiče již byly připojeny a ventilátor se stále neotáčí Řešení a. Ujistěte se, že oba přívodní vodiče jsou připojeny k vývodům palivového článku b. Ujistěte se, že přívodní trubička palivové směsi je dobře upevněna k palivovému článku c. Ujistěte se, že směs etanolu může řádně cirkulovat v palivovém článku a že tento pohyb není ničím blokován.