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Étape 5 : Sortez l'hélice de la boîte. Enfoncez
doucement et délicatement l'hélice sur l'axe du
moteur.
Étape 7 : Desserrez le clapet. Vous constatez que la solution s'écoule dans la pile à combustible via le tube.
Une fois que vous avez vu le liquide s'écouler, resserrez le clapet.
Attendez 5-10 minutes, et vous verrez le ventilateur se mettre en marche.
REMARQUES IMPORTANTES :
Après la première utilisation de la pile à combustible, coupez sur
le tube restant une longueur de 2 cm que vous raccorderez à la
seringue. Vous l'utiliserez pour nettoyer le système après
chaque utilisation.
Pour ce faire, remplissez la seringue d'eau purifiée. Otez ensuite
le tube d'injection du combustible et remplacez-le par le tube
raccordé à la seringue. Injectez l'eau de la seringue dans la
chambre de la pile à combustible pour chasser la solution
d'éthanol (pas méthanol) du système. Retirez la seringue et
remplissez-la avec de l'air. Raccordez-la de nouveau et injectez
l'air dans le système afin de purger totalement l'eau résiduelle.
La pile à combustible peut être rangée jusqu'à la prochaine
utilisation.
Expérience 2 : Étudier la polarité
Étape 1 : Raccordez le câble rouge aux prises rouges de la pile à
combustible et du module ventilateur.
Vous constaterez que le ventilateur tourne dans le sens horaire.
Étape 2 : Répétez l'opération, mais cette fois-ci en raccordant la
prise rouge du module ventilateur à la prise noire de la pile à
combustible. Vous constaterez que le ventilateur tourne dans le
sens antihoraire.
Conclusion : Le courant circule du pôle positif au pôle négatif,
faisant tourner l'hélice du ventilateur dans le sens horaire. Avec
l'inversion de polarité des branchements, le courant circule en sens
inverse et fait tourner l'hélice du ventilateur dans l'autre sens.
Étape 6 : Raccordez le module pile à combustible au
module ventilateur. Assurez-vous de respecter le
code couleur en connectant les câbles dans les
prises.
Remarque : Une fois que le ventilateur s'arrête,
desserrez le clapet pour purger un peu de solution de
la pile à combustible. Attendez 5-10 minutes, câble du
module ventilateur débranché ; celui-ci se remettra en
marche une fois raccordé. Veillez à répéter cet
intervalle de 5-10 minutes après chaque purge. La
réaction étant lente, le ventilateur peut fonctionner
jusqu'à plusieurs heures durant, sans qu'une purge soit
nécessaire.
Expérience 3 : Consommation de combustible
éthanol
Lorsque l'hélice du ventilateur commence à tourner
moins rapidement ou s'arrête totalement, cela signifie
que l'éthanol présent dans la chambre de la pile à
combustible est presque totalement consommé. En
conditions normales de température, la majeure partie
de l'éthanol présent dans la chambre de la pile à
combustible est transformée en acide acétique,
composant principal du vinaigre.
Étudions le produit de dégradation de l'éthanol (acide
acétique) lorsque l'hélice commence à tourner
lentement.
Étape 1 : Glissez un morceau de papier pH sous
l'extrémité du tube en sortie de pile.
Étape 2: Desserrez doucement le clapet, et laissez
quelques gouttes de solution tomber sur le papier pH,
avant de resserrer le clapet. Vous pouvez observer que
la couleur du papier pH vire rapidement au rouge.
Étape 3 : Plongez un nouveau morceau de papier pH dans le cylindre de solution combustible. Vous
noterez que la couleur du papier pH vire très peu.
La différence de coloration du papier pH indique un changement du taux d'acidité. Au cours de la
réaction qui se déroule à l'anode de la pile à combustible, l'éthanol se transforme en acide acétique, et
le pH de la solution varie sensiblement, de pH 6 à pH 2, d'où la couleur rouge observée. La réaction
chimique qui se déroule à l'anode révèle que de l'acide acétique se forme suite au départ des protons
hydrogène des molécules d'éthanol et d'eau. Ces protons hydrogènes traversent la membrane
échangeuse de la pile à combustible, et les électrons libérés génèrent un courant électrique capable
d'entraîner le ventilateur.
Conclusion : La pile à combustible directe à l'éthanol produit de l'électricité par une réaction chimique
transformant une solution d'éthanol en une solution acide, proche du vinaigre. Pour obtenir un
fonctionnement en continu du ventilateur, il faut constamment remplacer le combustible épuisé par un
nouvel apport de combustible.
Expérience 4 : Étudier l'effet des variations de concentration en combustible
Vous pouvez faire varier la concentration de combustible éthanol dans le mélange initial. Pour une
solution à 15 %, utilisez 9 ml d'éthanol pur et complétez à 60 ml avec de l'eau. Vous pouvez mesurez la
différence de tension produite par la pile à combustible au moyen d'un multimètre ou grâce au Moniteur
Énergie Horizon (réf. produit FCJJ-24). Expérimentalement, vous vérifierez que l'augmentation ou la
diminution de concentration en éthanol ne fait pas marcher le ventilateur sensiblement plus vite.
La raison est due à la capacité limitée du catalyseur déposé sur la membrane échangeuse de protons
de la pile à combustible. Pour faire un rapprochement, en prenant l'exemple de personnes s'engouffrant
par une porte étroite, la vitesse à laquelle ils passent la porte est déterminée par la largeur de la porte,
et non par le nombre de personnes.
Avertissement : Vous pouvez utiliser ce kit en toute sécurité pour une concentration en éthanol
comprise entre 5 et 15 %. Veillez à ce que la concentration n'excède pas 15-20 %, sous peine
d'endommager définitivement la pile à combustible.
Conseil : Si vous prévoyez, durant plus d'un jour, de ne pas utiliser le kit, desserrez d'abord le clapet
afin de purger toute la solution de la pile à combustible et versez de l'eau purifiée ou distillée dans le
réservoir de combustible. Assurez-vous que toute l'eau purifiée ou distillée s'écoule bien du réservoir de
combustible. Ne laissez pas de solution dans la pile à combustible, cela l'endommagerait.
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