Kendi yakıt hücreni yap
Yakıt hücreleri, kimyasal reaksiyon yoluyla elektrik üreten ve yakıt olarak hidrojen, metanol gibi maddeler kullanan cihazlardır. Hidrojen yakıt hücreleri yan ürün olarak sadece su üreten son derece çevre dostu cihazlardır.
Hidrojen yakıt hücreleri ilk olarak uzay mekikleri ve diğer yüksek teknoloji uygulamalarında temiz ve etkili güç kaynağı gerekli olduğu zaman kullanılmaya başlandı. Ama günümüzde hidrojen yakıt hücreleriyle çalışan arabalarla, otobüslerle seyahat ediyoruz.
Sizde evinizde 10 dakikada basit bir hidrojen yakıt hücresi nasıl yapılır öğrenecek ve hidrojenle oksijen birleşerek nasıl temiz bir elektirik enerjisi üretir kendi gözlerinizle göreceksiniz.
Malzemeler:
- 38 cm uzunluğunda platin kaplı nikel tel veya saf platin tel
- Bir adet tahta çubuk. Magnum dondurmalarının çubukları olabilir
- 9 voltluk pile uygun uçlu kablo
- Bir adet 9 voltluk pil
- Biraz bant
- Bir bardak su
- Bir adet voltmetre
Yapılışı:
Öncelikle platin kaplı teli 2 parçaya kesin ve her iki parçayıda bir tornavida ya da çivi yardımıyla sarmal hale getirin. Bu ikisi bizim yakıt hücremizin elektrotları olacak.
İkinci aşamada kabloların iki tarafını da ikiye kesiyoruz ve kesik uçların izolasyonlarını sıyırıyoruz. Daha sonra resimde görüldüğü gibi çıplak uçları platin elektrotların üzerinde büküyoruz ve hepsini tahata çubuğa yapıştırıyoruz.
Son olarak çubuğu bir bardak suyun üzerine elektrotlar büyük oranda suya girecek kadar yapıştırıyoruz. Büktüğümüz kablo uçları suya kesinlikle değmemeli. Yani sadece platin tel suyun içinde olmalı.
Şimdi kırmızı kabloyu voltmetrenin pozitif terminaline bağlıyoruz ve siyah kabloyu da negatif terminaline bağlıyoruz. Bu noktada voltmetre “0” voltu okumalıdır. 0,01 gibi çok ufak değerdeki bir voltaj da kabul edilebilir.
Yakıt hücremiz artık tamamlandı.
Yakıt hücremizi çalıştırmak için hidrojen baloncuklarının bir elektroda, oksijen baloncuklarının da diğer elektroda tutunmasını sağlamamız gerekir. Bunun sağlamanın çok kolay bir yolu var. 9 voltluk pili klipse değdirip çekmek yeterli olacaktır.
Pili klipse değdirmek elektroliz adı verilen bir işlemin oluşmasına yani suyun atomları olan hidrojen ve oksijene ayrışmasına neden olacaktır. Pil takılıyken elektrotlarda baloncuklar oluştuğunu görebilirsiniz. İşte bunlar hidrojen ve oksijen baloncuklarıdır.
Şimdi pili çıkartıyoruz. Eğer platin tel kullanmıyor olsaydık voltajın tekrar “0” değerine düşmesini beklerdik çünkü artık herhangi bir elektrik kaynağıyla bağlantımız yok. Fakat voltaj “0” değerine düşmüyor.
Platin katalizör görevi görerek hidrojen ve oksijenin tekrar birleşmesini sağlar.
Hidroliz reaksiyonu tersine döner. Hücreye elektrik vererek suyu ayırmak yerine hidrojen ve oksijen birleşerek tekrar su oluşturur ve elektrik üretir.
Yakıt hücremizden ilk başta 2 volta yakın bir değer alırız. Baloncuklar patladıkça, suyun içerisinde çözüldükçe veya reaksiyon tarafından kullanıldıkça voltaj düşer. Voltaj ilk başta hızlı düşer daha sonra düşüş yavaşlar.
Birkaç dakika sonra baloncuklar sadece elektrik üretmek amacıyla reaksiyon tarafından kullanıldığından voltaj daha yavaş düşmeye başlar.
Gördüğünüz üzere 9 voltluk pilden elde ettiğimiz enerjiyi hidrojen ve oksijen baloncukları olarak depoluyoruz.
Hidrojen ve oksijeni farklı bir kaynaktan elektrotlara besleyerekte elektrik alabiliriz. Yada gün boyunca bir güneş paneli yardımıyla elektroliz yaparak elde ettiğimiz hidrojen ve oksijeni gece elektrik üretmek için kullanabiliriz. Dahası gazları elektrikle çalışan arabalardaki yüksek basınçlı bir tankta depolayıp, arabanın ihtiyacı olduğu elektiriği yakıt hücresinden üretmesini sağlayabiliriz.
Nasıl oluyor?
Bu projede süregelen iki konu var. Birincisi elektroliz yani suyun hidrojen ve oksijene ayrışması ve ikincisi bu gazların tekrar birleşerek elektrik üretmesi.
Pilin negatif kutbuna bağlı olan elektrot pil tarafından itilen elektronlara sahiptir. Buradaki dört elektron dört su molekülüyle birleşir. Bu dört su molekülünün her biri iki molekül hidrojen oluşturmak için bir molekül hidrojen atomu bırakır ve geriye dört negatif yüklü OH- iyonu salar.
Hidrojen gazı elektrotda baloncuk şeklinde ortaya çıkar ve negatif yüklüler negatif yüklü elektrottan göç ederler.
Diğer elektrotta pilin pozitif kutbu su moleküllerinden elektronları çeker. Su molekülleri pozitif yüklü hidrojen atomlarına ve oksijen moleküllerine ayrışır. Oksijen molekülleri baloncuk şeklinde toplanır ve protonlar pozitif yüklü elektrottan göç ederler.
Protonlar negatif elektrottaki OH- iyonlarıyla birleşerek tekrar su moleküllerini oluştururlar.
Yakıt Hücresi
Pili çıkarttığımız zaman baloncuk şeklinde elektroda tutunan hidrojen molekülleri platinin katalitik özelliğiyle kırılarak pozitif yüklü hidrojen iyonlarını (H+ veya proton da denir) ve elektronları oluşturur.
Diğer elektrotta platin yüzeye tutunan oksijen baloncukları metalden elektron çeker ve daha sonra sudaki hidrojen iyonalarıyla( diğer elektrottaki reaksiyondan) su oluşturmak için birleşir.
Oksijen elektrodu her oksijen molekülü için iki elektron kaybetti. Hidrojen elektrodu her hidrojen molekülünden iki elektron kazandı. Hidrojen elektrodundaki elektronlar pozitif yüklü oksijen elektroduna çekildi. Elektronlar sudan çok metalden daha iyi geçtiklerinden teli tercih ederler ve elektrik akımını telden alırız. Teldeki elektrikte bir ampulu aydınlatmada kullanılabilir.
