2019 július 17 - szerda

2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

Vferi is készített egy 5 lemezből álló elektrolizáló készüléket, hogy az általunk elvégzett kísérleteket megismételje. Az eredmények nem mindenhol egyeztek, de a cél éppen az, hogy minél többen ismételjük meg az egyes kísérleteket, ezáltal bizonyítva azok helyességét vagy éppen helytelenségét.

A kísérletekhez használt elektrolizáló cella a következőképpen nézett ki.

alkatr_25E9szek 2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

1.ábra. Az elektrolizáló cella alkatrészei

cellalemezek 2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

2.ábra. Az összeszerelt lemezek

szereltcella 2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

3.ábra. Az összeszerelt elektrolizáló cella

akeszmodell 2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

4.ábra. Az állványra helyezett és vízzel feltöltött elektrolizáló

1. kísérlet

A kísérlet célja: Megállapítani hogyan függ a cellára kapcsolt impulzusok frekvenciájától a gáztermelés mértéke.

Az elektrolizáló: 4 cellás elektrolizáló, 5db 38x130x1 mm-es rozsdamentes acél lemez, 1,3 mm-es lemeztávolsággal.

Elektrolit: 1 liter desztillált vízhez 80 ml 15 %-os KOH lett adva.

Tápellátás: 1db SP300-7,5 és 1db SP150-5 Mean Well gyártmányú tápegységek sorosan kapcsolva. A cellára kapcsolt feszültség 12,0 Volt, a sorba kapcsolt tápegységek kimenete digitális ampermérőn keresztül csatlakozott egy 27000 mF-os elektrolit kondenzátorhoz.

Az elektrolit hőmérséklete: 23 °C

Frekvencia
Kitöltés
10 ml gáz
Áram
Egységnyi gáz
Hatásfok
Egyenáram
100 %
2,20 sec
10,66 A
25,58 ml/perc/A
38,2 %
1,2 kHz
50 %
6,00 sec
5,91 A
16,92 ml/perc/A
25,3 %
2,4 kHz
50 %
6,03 sec  
5,98 A
16,63 ml/perc/A
24,9 %
7,1 kHz
50 %
6,56 sec
5,75 A
15,91 ml/perc/A
23,8 %
12 kHz
50 %
6,78 sec
5,60 A
15,80 ml/perc/A
23,6 %
18 kHz
50 %
7,41 sec
5,13 A
15,78 ml/perc/A
23,6 %
23 kHz
50 %
8,09 sec
5,20 A
12,96 ml/perc/A
19,4 %
38,5 kHz
50 %
8,85 sec
4,55 A
14,90 ml/perc/A
22,3 %
42,6 kHz
50 %
9,66 sec
4,44 A
13,99 ml/perc/A
20,9 %
65,5 kHz
50 %
10,88 sec
3,89 A
14,18 ml/perc/A
21,2 %
73,0 kHz
50 %
11,72 sec
3,75 A
13,65 ml/perc/A
20,4 %
100 kHz
50 %
13,00 sec
3,37 A
13,69 ml/perc/A
20,5 %

1.táblázat. A frekvencia és a gáztermelés hatásfoka közötti összefüggések

Megjegyzés: Az első mérést a cellára kapcsolt folyamatos egyenfeszültséggel végeztem.

Kiértékelés, következtetések:

Az eredmények szerint a mért összeállításnál a gáztermelés hatásfoka a frekvencia növekedésével romlik. Ez természetesen nem feltétlenül jelenti azt, hogy maga a jelenség természete ilyen, ez lehet például az áramot kapcsoló áramkör ideálistól eltérő volta miatt is. Bár a mérést már korábban, másik kapcsolóáramkörrel és tápegységgel is elvégeztem és hasonló eredményekre jutottam.

Megjegyzések:

  1. Az itt kapott eredmény pont az ellenkezője volt az általunk tapasztaltaknak (lásd itt). Nálunk a frekvencia növekedésével nőtt a hatásfok, mivel az ampermérő által mért áram csökkent. A vferi által elvégzett mérés alapján arra lehet következtetni, hogy az általunk használt mérőműszer a frekvencia növekedésével egyre több torzítást vitt be a mérésbe. Arra szeretnélek kérni, hogy Te is végezd el ezt a kísérletet és közöld velünk az eredményeidet.
  2. Több levélben is említettétek, Kedves Olvasók, hogy az ampermérő a négyszögjeleket rosszul átlagolta, a műszerek pontossága csak 20-50%-os stb. Ez így van, ezért tesztelte le vferi az eredményeket egyenárammal is, ahol szintén hasonló hatásfokot mért. Ezt már nem lehet a mérőműszer jelátlagolási hibájának venni!
  3. Mikor vferi négyszögjeleket kezdett használni, a hatásfok drasztikusan csökkent az egyenárammal végzett elektrolízishez képest. Ez azzal magyarázható, hogy a négyszögjeleknél a kitöltési tényező 50%-os volt, így az elektrolízisre használt energia csak a fele volt az egyenáramú mérésnél bevitt energiának. Ha a négyszögjelekkel végzett mérések alapján kapott hatásfokokat beszorozzuk kettővel, akkor már az egyenáramú elektrolízis hatásfokához közeli értékeket kapunk. Ez megint csak azt bizonyítja, hogy a váltakozó áramú mérések is pontosnak vehetőek.

2.kísérlet

A kísérlet célja: Kimérni, hogy különböző koncentrációjú KOH oldat elektrolizálásakor a cellán mekkora áram halad át, és ennek hatására egységnyi idő alatt mennyi gáz termelődik.

A felhasznált eszközök:

  • A korábbi elektrolizáló cella (5 db 38x130x1 mm-es saválló lemez 1,3 mm-es távtartókkal sorosan elrendezve)
  • 12 Voltos egyenáramú tápegység
  • digitális multiméterek az áram, feszültség és a hőmérséklet mérésére
  • digitális stopper az idő mérésére.

A mérés kezdetén a cellába 1,1 liter ioncserélt vizet töltöttem, ehhez adagoltam fecskendővel 5 ml-es adagokban a 15%-os KOH oldatot. Minden mérést 12 Volt egyenfeszültséggel végeztem.

15%-os KOH
Áram
Gáz / idő
Egységnyi gáz
Hatásfok
0 ml
0,06 A
7 ml / 10:00
11,60 ml/perc/A
17,3 %
5 ml
0,57 A
40 ml / 05:40
12,38 ml/perc/A
18,5 %
10 ml
1,32 A
100 ml / 04:00
18,90 ml/perc/A
28,3 %
15 ml
2,18 A
100 ml / 02:10
21,17 ml/perc/A
31,6 %
20 ml
3,00 A
100 ml / 01:30
22,20 ml/perc/A
33,2 %
25 ml
3,93 A
100 ml / 01:09
22,10 ml/perc/A
33,0 %
30 ml
4,75 A
100 ml / 00:58
21,77 ml/perc/A
32,5 %
35 ml
5,50 A
100 ml / 00:49
22,26 ml/perc/A
33,3 %

2.táblázat. A KOH koncentráció és az elektrolízis hatásfoka közötti összefüggések

KOH_hatasf 2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

5.ábra. A 2.táblázat eredményeinek grafikus ábrázolása

Megjegyzés: Vferi mérései megint csak ellentmondanak az általunk végzett méréseknek (lásd itt). Mi azt tapasztaltuk, hogy a KOH koncentráció és ezzel együtt a víz vezetőképességének növekedésével a hatásfok fokozatosan romlik. Vferi mérései szerint viszont a hatásfok a KOH koncentráció növekedésével először el kezd növekedni, majd 15 ml után beáll kb. 32 %-ra. Ez azonban azt is jelenti, hogy elméletileg egy darab 5-lemezes cellával megoldható lenne a szükséges mennyiségű hidrogén-termelés, mindössze az elektrolit KOH koncentrációját kell a szükséges mértékig növelni. Ha lehetőséged van rá, Te is végezd el ezt a kísérletet és közöld velünk az eredményeidet.

3.kísérlet

A fenti méréseknél (az 1. és 2.kísérleteknél) a cella függőlegesen állt, ami azt jelenti hogy a lemezeknek a 38 mm széles oldaluk volt vízszintes és a 130 mm-es függőleges.

Másnap elvégeztem két mérést, egyik az alsó sorban szereplő (35 ml KOH-s) mérés megismétlése volt változatlan paraméterekkel. A 2.táblázatban szereplő méréssorozat óta a cella folyadékkal feltöltve állt.

A mérés célja: hogy megállapítsam a cella vízszintes vagy függőleges helyzete mellett termelődik több gáz. Ezt azért tartottam érdekesnek, mert egy korábbi teória szerint, mivel a buborékok függőlegesen szállnak fel, hosszabb utat kell álló cella esetén a lemezek között felfelé haladniuk és ez esetleg akadályozza őket a felszállásban, és így rosszabb lehet a hatásfok. Ennek a logikus elképzelésnek azonban ellentmond a csöves vízbontó jó működése.

Helyzet
Áram
Gáz / idő
Egységnyi gáz
Hatásfok
Álló
5,50 A
100 ml / 00:49
22,26 ml/perc/A
33,3 %
Fekvő
5,50 A
100 ml / 00:49
22,26 ml/perc/A
33,3 %

3.táblázat. Álló és fekvő helyzetű cellák hatásfokának összehasonlítása

Az én méréseim is azt bizonyították, hogy mindegy, hogy a cella áll vagy fekszik.

4.kísérlet

A mérés célja: Annak megállapítása hogy hagyományos elektrolízisnél milyen összefüggés van a cellában levő nyomás és a termelt gáz mennyisége között.

A mérés eszközei: Az elektrolizáló cella a korábbi 5 lemezes (5 db 38x130x1 saválló lemez 1,3 mm távolságokban egymástól). Az elektrolitként 1 l desztillált vízhez 40 ml 15%-os KOH oldat lett adva.

Az elektrolizáló cella 310 mm hosszú 63 mm átmérőjű PVC lefolyócsőből készült, teteje, alja plexi lemezzel lezárva. A saválló lemezekből készült elektródák az alsó zárólaphoz vannak erősítve. A PVC cső oldalába két furaton keresztül egy skálázott üvegcső csatlakozik, amelyen a cellában termelt gáz mennyisége leolvasható.

A cella felső fedőlapjához a szokásos fecskendőből készült szelep, alsó fedőlapjához pedig 5 méteres műanyagcsövön keresztül egy levágott aljú PET-palackból készített tölcsér csatlakozik.

cella_oldalnezet 2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

6.ábra. Az elektrolizáló cella a gázmennyiség-mérő csővel

cella_aluln_25E9zet 2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

7.ábra. Az elektrolizáló cella alulnézetben

meres_0_65bar 2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

8.ábra. Gázmennyiség mérése 0,65 bar nyomáson

meres_1_35bar 2.4.1.11.2. Lemezes elektrolizáló 2

9.ábra. Gázmennyiség mérése 1,35 bar nyomáson

Az áramforrás egy SP300-7,5 és egy SP150-5 nagy stabilitású DC tápegység sorosan kötve. Az áramot és a feszültséget digitális multiméterek mérik. Az időt digitális stopperrel, a hőmérsékletet pedig egy erre alkalmas szondás multiméterrel mértem.

A mérés menete: A cella tetején a szelepet nyitottam, és a PET-palack tölcsérén keresztül a cellát színültig töltöttem elektrolittal, majd a szelepet lezártam.

Három mérést végeztem, mindegyiket 12 Volt egyenfeszültséggel.

  1. Az első esetben a tölcsérben levő folyadékszintet a cella aljával egy magasságba állítottam a tölcsér mozgatásával. Ezután 60 sec ideig bekapcsoltam az áramot. Az áram kikapcsolása után a tölcsér mozgatásával a tölcsér folyadékszintjét az üvegcsőben látható folyadékszint magasságába emeltem, hogy a nyomás a cellában normál légköri nyomás legyen és leolvastam a skáláról a termelt gáz mennyiségét.
  2. A második mérésnél az elektrolizáló cellát 3,5 m-rel feljebb helyeztem el a tölcsérben levő folyadékszintnél, így a légköri nyomásmál 0,35 bárral kisebb lett a cella nyomása.
  3. A harmadik mérésnél a tölcsér került a cella fölé 3,5 m-rel, így a cella nyomása 0,35 Bárral magasabb lett mint a légköri nyomás.

A méréseket elvégezve a következő eredményeket kaptam:

Nyomás Feszültség Áram
Gáz/perc
Egységnyi gáz Hatásfok
0,65 Bar
11,84 V
7,00 A
185 ml/perc
26,43 ml/perc/A
39,5 %
1,00 Bar
11,84 V
7,00 A
185 ml/perc
26,43 ml/perc/A
39,5 %
1,35 Bar
11,84 V
7,05 A
185 ml/perc
26,24 ml/perc/A
39,2 %

4.táblázat. A termelt gáz mennyiségének függése a cellában uralkodó nyomástól

Kiértékelés: Logikusnak tűnik az az elképzelés, miszerint ha kisebb a cellában a nyomás, akkor sokkal könnyebben képződhetnek a folyadékban buborékok, és így több gáz termelésére számíthatunk. Azonban – mint látható – a mért tartományban a cella nyomásától a termelt gáz mennyisége nem függ! A fizikakönyvek ide vonatkozó fejezeteit áttanulmányozva ennek így is kell történnie, hiszen a Faraday által felírt egyenletben nem szerepel a nyomás, mindössze az átfolyó töltésmennyiség és az anyag töltésszáma található. Ha tehát hagyományos elektrolízist végzünk, nem növelhetjük a termelt gáz mennyiségét azzal, hogy a cellában vákuumot hozunk létre.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás