====== (H1) Vodíkový palivový článek.  ======

{{:zadani:texty:txt_431.pdf|Studijní text}}

===== Pracovní úkol 1 =====

Sestavte malý laboratorní palivový článek pomocí komerčních katalytických GDE (0,3 mgPt cm<sup>-2</sup>), membrány Nafion NR212 a grafitových bipolárních desek. 

Postup: 
  - Odřízněte dva kusy GDE 2x2 cm<sup>2</sup> pomocí nože a pravítka.
  - Odřízněte jeden kus membrány NR-212 7,5x4 cm<sup>2</sup>.
  - Vytvořte otvory v membráně pro upínací tyče a průchod plynu.
  - Odstraňte z membrány dvě ochranné fólie.
  - Vezměte katodovou bipolární desku.
  - Položte jeden kus GDE na bipolární desku (stranou uhlíkového papíru k průtokovému poli).
  - Zakryjte membránou a zajistěte upevňovacími tyčemi.
  - Umístěte druhý kus GDE (stranou uhlíkového papíru od membrány).
  - Celý systém zakryjte anodovou bipolární deskou.
===== Pracovní úkol 2 =====
Nastavte experimentální prostředí pro sestavený palivový článek, aktivujte palivový článek (break-in procedure), změřte proudovo-napěťové charakteristiky, prozkoumejte vliv zvlhčování na výkon palivového článku. 

Postup: 
  - Upněte palivový článek pomocí pístu a nastavte upínací tlak 8 barů.
  - Připojte potenciostat pomocí 4-sondového zapojení.
  - Nastavte ohřev palivového článku a zvlhčovacích bubblérů (70~°C). 
  - Propláchněte dusíkem obě strany, jak anodu i katodu (5 minut při průtoku N<sub>2</sub> 100 sccm).
  - Přepněte na H<sub>2</sub> na anodové a na O<sub>2</sub> na katodové straně (v tomto pořadí); nastavte průtoky 50 sccm; počkejte 10 minut.
  - Nastavte napětí palivového článku; požadované napětí je v rozsahu 0,9-1V.
  - Jakmile je napětí dosaženo a stabilizováno, změřte aktuální napěťovou odezvu palivového článku.
  - Nastavte konstantní napěťovou zátěž 0,4 V po dobu 2 hodin a opakujte měření aktuální napěťové odezvy.

===== Pracovní úkol 3 =====
Experiment lze provést pomocí edukačního setu FC, který simuluje reálný provoz palivových článků. U tohoto systému je použita architektura s otevřenou katodou. Zaměříme se na teplotu palivového článku. Nastavení teploty lze provést vyvážením zatížení palivového článku a výkonu ventilátoru. 

Postup:  
  - Otevřete vodíkový ventil na tlakové láhvi (ujistěte se, že tlak je snížen na 0,5~baru).
  - Nastavte dobu čištění na 0,5~s a periodu na 60~s.
  - Nastavte výkon ventilátoru na 25%.
  - Nastavte proud na elektronické zátěži na 20~A a zapněte jej.
  - Regulujte teplotu FC - nastavením vyšších nebo nižších otáček ventilátoru (PWM Blower %) se pokuste FC stabilizovat na 40~<sup>o</sup>C.
  - Zvyšte proud na zátěži o 5~A každých 15 minut a udržujte teplotu svazku FC okolo 40~<sup>o</sup>C.
  - Při každém proudu sledujte a zaznamenávejte průměrné napětí svazku a výkon ventilátoru.
  - Dosáhněte zatěžovacího proudu 40~A a udržujte jej při stabilní teplotě po dobu 20 minut.
  - Zpomalte ventilátor, abyste dosáhli teploty 50~<sup>o</sup>C. 
  - Změřte průměrné napětí.~

===== Pracovní úkol 4 =====
Experimenty s palivovým článkem umožňují odhadnout výkon palivového článku, a to jak v případě laboratorního článku, tak setu simulujícího reálný provoz FC. Tyto informace jsou důležité pro odhad výkonu palivových článků a také pro pochopení faktorů, které ovlivňují výkon palivových článků. 

Postup:
  - Načtěte experimentální data z počítače testovací stanice.
  - Zkopírujte z log souboru data ve sloupcích napětí a proudová hustota.
  - Vyneste graf napětí jako funkce proudu.
  - Najděte hustotu výkonu pro každý proud (součin proudu a napětí) a vykreslete ji. 
  - Odhadněte Tafelův sklon pro kinetickou oblast. 
  - Vypočítejte ohmické ztráty z lineární části grafu.
  - Odhadněte ztráty při přenosu hmoty jako rozdíl mezi očekávanou lineární závislostí proud-napětí a reálnými datovými body při proudových hustotách > 1,5~A~cm<sup>-2</sup>.


===== Otázky =====

  - Jakou polaritu („plus“ a „mínus“) mají elektrody palivových článků? Co definuje napětí nezatíženého článku?
  - Které oblasti provozu na charakteristice proud-napětí FC lze nalézt?
  - Vysvětlete vliv na zvlhčování provozu palivového článku, jaký má vliv na proudově-napěťové charakteristiky.
  - Proč provoz FC při vysokých proudech vyžaduje vyšší výkon chlazení (při stejné teplotě)?