Comment construire une pile à combustible?
Pour construire une pile à combustible, commencez par découper 2 bandes de fil de platine de 15,20 cm, et enroulez les bandes autour d'un clou pour les façonner en ressorts. Ensuite, coupez les fils d'une batterie de 9 volts en deux, dénudez les extrémités des fils et attachez les extrémités exposées aux ressorts. Ensuite, collez les ressorts sur un bâton de popsicle et posez le bâton sur un verre rempli d'eau, de sorte que les ressorts soient immergés mais que les fils soient au-dessus de la ligne de flottaison. Enfin, connectez les fils à un voltmètre ou à une ampoule LED, afin que vous puissiez voir le courant de votre pile à combustible une fois qu'elle est activée. Pour obtenir des informations de notre critique scientifique sur la façon d'activer votre pile à combustible, continuez à lire!
Pour comprendre le fonctionnement d'une pile à combustible, vous pouvez construire une simple cellule électrolytique avec des matériaux ménagers pour la plupart courants.
Une pile à combustible est un moyen de convertir un combustible tel que l'hydrogène ou le méthane directement en électricité grâce à une réaction chimique appelée électrolyse. Chaque pile à combustible contient deux électrodes, une chargée positivement (l'anode) et une chargée négativement (la cathode), et un électrolyte qui transporte les particules chargées d'une électrode à l'autre. Il existe également un catalyseur qui augmente la vitesse de réaction au niveau des électrodes. Les piles à combustible qui utilisent l'hydrogène réagissent avec l'oxygène pour former le sous-produit de l'eau, ce qui les rend utiles pour les applications de haute technologie où une énergie propre est nécessaire. Pour comprendre le fonctionnement d'une pile à combustible, vous pouvez construire une simple cellule électrolytique avec des matériaux ménagers pour la plupart courants.
Partie 1 sur 2: construire la pile à combustible
- 1Rassemblez tout le matériel nécessaire. Pour construire une simple pile à combustible domestique, vous aurez besoin de 30 centimètres (30 cm) de fil de platine ou revêtu de platine, d'un bâtonnet de sucette glacée, d'une pile 9 volts et d'un clip de pile, de ruban adhésif transparent, d'un verre d'eau, de sel de table (facultatif), une fine tige métallique et un voltmètre.
- Une batterie de 9 volts et un clip de batterie peuvent être achetés dans un magasin d'électronique ou de quincaillerie.
- 2Coupez deux bandes de 15,20 cm (15 centimètres) de fil de platine ou revêtu de platine. Vous devrez acheter ce fil dans un magasin de fournitures électroniques, car le platine n'est pas utilisé à des fins de câblage courantes. Le platine sert de catalyseur à cette réaction.
- Les fils de platine sont recommandés car d'autres substances, comme le cuivre, réagiront avec l'oxygène ou le sel pour polluer votre solution avec les produits de cette réaction.
- De l'acier inoxydable de haute qualité peut également être utilisé car il ne réagira pas aussi facilement.
- 3Enroulez chaque bande de fil autour d'une fine tige de métal pour lui donner la forme d'un ressort. Ces deux ressorts serviront d'électrodes à la pile à combustible. Prenez l'extrémité du fil et enroulez-le étroitement autour de votre tige de mise en forme pour former une bobine. Retirez le premier fil de la tige de mise en forme et enroulez le deuxième fil.
- La tige de mise en forme peut être un clou, un pic, un cintre en fil métallique ou un plomb sur un testeur de batterie.
Pour construire une pile à combustible, commencez par découper 2 bandes de fil de platine de 15,20 cm, et enroulez les bandes autour d'un clou pour les façonner en ressorts. - 4Coupez les fils d'un clip de batterie de 9 volts en deux. À l'aide d'un coupe-fil, coupez les deux fils attachés au clip en deux et dénudez les fils. Cela laissera des fils nus que vous pourrez attacher à vos bobines d'électrodes.
- À l'aide de la partie dénudée des pinces coupantes, dénudez l'isolant d'une extrémité des fils coupés. Ne dénudez que les extrémités des fils que vous avez coupés du clip de la batterie.
- Assurez-vous que vous avez la surveillance parentale pendant que vous coupez les fils.
- 5Fixez les extrémités des fils exposés aux bobines d'électrode. La fixation des fils aux électrodes vous permet de brancher votre source d'alimentation (la batterie via le clip de la batterie) et le voltmètre pour lire la quantité d'électricité produite par la pile à combustible.
- Torsadez le fil rouge de la pince de la batterie et le fil rouge coupé autour de l'extrémité supérieure de l'une des bobines, en laissant la plus grande partie de la bobine libre.
- Torsadez le fil noir de la pince de la batterie et le fil noir coupé autour de l'extrémité supérieure de la bobine restante.
- 6Collez les électrodes sur un bâtonnet de popsicle ou une tige de cheville. Le bâtonnet de popsicle doit être plus long que l'embouchure du récipient contenant l'eau afin qu'il puisse reposer sur le dessus. Collez les électrodes de manière à ce qu'elles pendent, loin du bâton et puissent être facilement immergées dans l'eau.
- Vous pouvez utiliser du ruban en plastique transparent ou du ruban électrique. Cela n'a pas d'importance tant que les électrodes sont fermement attachées au bâton.
- 7Remplissez le verre avec de l'eau du robinet ou de l'eau salée. Afin d'obtenir une bonne réaction, la solution aqueuse a besoin d'électrolytes. L'eau distillée ne fonctionne pas bien pour cela car il n'y a pas d'impuretés pour servir d'électrolytes. Le sel et le bicarbonate de soude dissous dans l'eau servent de bons électrolytes pour la réaction.
- L' eau du robinet ordinaire contient des impuretés telles que des minéraux qui peuvent servir d'électrolytes si vous n'avez pas de sel à portée de main.
- Ajoutez une cuillère à soupe de sel ou de bicarbonate de soude pour chaque tasse d'eau. Remuer jusqu'à dissolution complète.
- 8Posez le bâton sur la bouche d'un verre d'eau. Les électrodes de la bobine doivent être immergées dans l'eau sur la plus grande partie de leur longueur, sauf lorsqu'elles sont connectées aux fils de la pince de batterie. Seul le platine doit être immergé.
- Si nécessaire, scotchez le bâton en place pour que les électrodes restent dans l'eau.
Les véhicules utilisent un type différent de pile à combustible appelée pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) qui fonctionne sur le même principe mais a une construction différente. - 9Connectez les fils provenant des électrodes à un voltmètre ou à une ampoule LED. Le voltmètre doit montrer le courant électrique créé par la pile à combustible une fois qu'elle est activée. Connectez le fil rouge à la borne positive du compteur et le fil noir à la borne négative.
- Vous pouvez voir une petite quantité de tension à ce stade, telle que 0,01 volt, bien que le voltmètre doive indiquer zéro à ce stade.
- Vous pouvez également connecter une petite ampoule, telle qu'une ampoule de lampe de poche, ou une diode électroluminescente (DEL).
Partie 2 sur 2: activation de la pile à combustible
- 1Touchez les bornes de la batterie 9 volts sur le clip de la batterie pendant une à deux secondes. La batterie n'est nécessaire que pour envoyer un courant initial à travers le fil pour que l'hydrogène dans les molécules d'eau touchant les électrodes se sépare de l'oxygène, formant des bulles autour des électrodes. Ce processus est appelé électrolyse.
- Remarquez les bulles qui se forment autour de chaque électrode. Une électrode a des bulles d'hydrogène, tandis que l'autre électrode a des bulles d'oxygène.
- La source de la batterie n'a pas besoin d'être complètement attachée au clip, il suffit de toucher les bornes de la batterie pour commencer la réaction.
- 2Retirez la batterie. La batterie n'est nécessaire que pour initier la réaction. L'hydrogène et l'oxygène séparés se recombinent en eau, libérant l'énergie utilisée à l'origine pour les séparer sous forme d'électricité. Le platine dans les bobines d'électrode sert de catalyseur pour accélérer la recombinaison de l'hydrogène et de l'oxygène en molécules d'eau.
- 3Lire la sortie sur le voltmètre. Initialement, la sortie peut atteindre deux volts, mais diminuera au fur et à mesure que les bulles d'hydrogène se dissiperont, rapidement au début, puis progressivement à mesure que la dernière des bulles éclate.
- Une ampoule ou une LED peut sembler brillante au début, mais s'estompera rapidement puis s'estompera progressivement.
- Les piles à combustible individuelles ne produisent qu'une petite quantité d'électricité, un peu comme la pile à combustible décrite ci-dessus. Dans le commerce, de nombreuses piles à combustible individuelles sont assemblées en piles.
Comment construire une pile à combustible à hydrogène sans électrolyse? - Bien que cette pile à combustible utilisait de l'eau comme électrolyte, les piles à combustible commerciales utilisent de l'hydroxyde de potassium (du type utilisé dans le programme spatial Apollo), de l'acide phosphorique, du carbonate de sodium ou de magnésium fondu à haute température ou des polymères spéciaux.
- Pendant le fonctionnement de cette pile à combustible, éloignez-la des flammes nues ou des sources de chaleur. Bien que la quantité d'hydrogène produite soit faible, l'hydrogène est un gaz hautement combustible.
- Fil de platine ou fil de nickel revêtu de platine
- Tige métallique fine (clou, cure-écrou ou similaire)
- Un petit goujon en bois ou en plastique ou un bâton de popsicle
- batterie 9 volts
- Pince de batterie de 9 volts
- Ruban adhésif transparent
- Sel (facultatif)
- Verre d'eau
- Voltmètre (ou lampe torche ou LED)
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Questions et réponses
- Combien coûte le fil de platine?J'ai trouvé un fil de 50 cm de long et 0,1 mm de diamètre pour 24€ (environ 20€) sur Aliexpress. Les prix peuvent varier, bien sûr.
- Que puis-je utiliser pour alimenter la pile à combustible?Tout ce qui fonctionne sur 2 volts d'électricité, comme une LED. Vous auriez besoin d'une cellule beaucoup plus grande pour produire plus d'électricité.
- Pourquoi n'utiliser que des fils de platine?Parce que le platine n'est pas réactif, il ne se corrode pas dans l'eau lorsque le courant le traverse.
- Puis-je utiliser du fil de cuivre lors de la construction d'une pile à combustible?Non, car le cuivre se corrode dans l'eau pendant le processus d'électrolyse.
- Puis-je utiliser du fil argenté à la place?Non tu ne peux pas. Cela fonctionnera un peu jusqu'à ce que les oxydes se forment sur le fil et que la réaction s'arrête. Il fera également partie de l'électrolyte.
- Ces piles à combustible sont-elles utilisées pour faire fonctionner des véhicules?Non. Les véhicules utilisent un type différent de pile à combustible appelée pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) qui fonctionne sur le même principe mais a une construction différente.
- Où connecter l'ampoule LED lors de la construction d'une pile à combustible?si vous utilisez une petite ampoule LED, le fil le plus court est GÉNÉRALEMENT le fil négatif. Et bien sûr, le fil le plus long est GÉNÉRALEMENT le plus positif.
- Quel autre matériau pourrait être utilisé pour les électrodes en plus du platine?Vous pouvez remplacer le platine, mais vous devrez vous assurer que le métal que vous choisissez est le moins réactif possible. Votre meilleure option serait l'un des autres métaux nobles, qui incluraient l'or ou l'argent.
- Une pile à combustible produit-elle de l'eau comme sous-produit?Oui. L'hydrogène (H) et l'oxygène (O) qui ont été séparés lors de l'électrolyse se combinent par une réaction électrochimique, produisant à la fois un courant électrique (tant que les deux gaz sont encore présents) et de l'eau.
- Comment puis-je alimenter une petite voiture à partir d'une pile à combustible?Vous ne pouvez pas, à moins que votre petite voiture fonctionne sur 2 volts et une quantité négligeable d'ampères. Alimenter une petite voiture avec cela revient à piloter un Boeing 747 avec un moteur de fusée miniature.
Questions sans réponse
- Comment construire une pile à combustible à hydrogène sans électrolyse?
- Puis-je utiliser des électrodes en graphite à partir de crayons pour construire une pile à combustible?
Les commentaires (1)
- Cela m'a fait comprendre facilement.
