Друзья!

К нам приехала новинка этого года — набор «H2 Эко-мобиль» арт.559880 (оригинальное название «H2 Fuel Cell Car»). Конструктор пришел на смену набору «Топливный элемент» (арт.520401). Его можно использовать для расширения функций конструктора «Экологическая энергетика» арт.559879 или использовать самостоятельно. Всё, что потребуется для его работы, это только дистиллированная вода.

Конструктор состоит из 117 деталей, среди которых топливный элемент и источник питания для электролизёра, соединительные провода и инструкция по сборке. Из набора можно собрать действующую модель электромобиля с питанием от топливного элемента.

Топливный элемент арт. 146500 в нашем конструкторе обратимый — он может работать как в режиме электролизера, разлагая воду на водород и кислород, так и в режиме топливного элемента для выработки электрической энергии.  Конструкция элемента состоит из двух накопительных ёмкостей и двух электродов (анода и катода), разделённых между собой протонообменной мембраной, которая пропускает через себя только протоны водорода.

Принцип действия топливного элемента в режиме производства электрической энергии показан на рисунке ниже.

Водород из накопительной ёмкости поступает на анодный электрод, на котором молекулы водорода распадаются на отдельные атомы и теряют электроны. Ядра водорода без электронов — протоны, перемещаются через протонообменную мембрану в сторону катодного электрода. Электроны через мембрану пройти не могут и у них остается только один путь к катоду — через электрическую цепь, в которую включена полезная нагрузка (электродвигатель). В результате в электрической цепи возникает ток. На катоде электроны соединяются с протонами водорода и атомами кислорода. Продуктом этой реакции является вода.

Характеристики в режиме топливного элемента:

• Номинальное выходное напряжение: 0,5 В
• Номинальный выходной ток: 600 мА
• Номинальная мощность 300 мВт
• ЭДС топливного элемента: 1,23 В

Характеристики в режиме электролизёра:

• Напряжение питания: 2-3 В
• Производительность: 8 мл/мин
• Потребляемый ток: 400–1500 мА

Для привода используется новый мотор арт. 182543, выполненный в корпусе типа S:

Главным отличием нового набора от старой версии является способ «зарядки» топливного элемента. Теперь не нужно искать три солнечные батареи и ждать зарядки полчаса – в новом комплекте есть блок питания, с которым процесс разделения воды на кислород и водород (электролиз) занимает, по заверениям производителя, 2-3 минуты:

Проверка показала, что накопительный цилиндр заполнился водородом за 2 минуты и 26 секунд — отличный результат! Теперь мы можем наблюдать в реальном времени, как вода вытесняется в переливную камеру. После отключения блока питания замер напряжения на клеммах топливного элемента показал 1,3 В:

Привод осуществляется на заднее левое колесо — оно закреплено на оси цанговой ступицей. Правое заднее колесо может свободно вращаться на оси, и закреплено только зубчатой шайбой:

Это не экономия на ещё одном креплении колеса. Поскольку передние колёса имеют механизм поворота, задние колёса во время не прямолинейного движения автомобиля будут вращаться с разными угловыми скоростями. В нашем случае дифференциала в конструкции нет, но на этом примере можно показать детям, для чего нужен дифференциал.

По бездорожью, конечно, не проедет, но в детской комнате или на достаточно ровных покрытиях на «заряженном» топливном элементе автомобиль достаточно шустро едет. Для долгой и успешной эксплуатации главное помнить несколько важных правил:

1. Использовать только дистиллированную воду
2. Не использовать для электролиза источники питания с напряжением больше 3 В
3. Обязательно сливать воду после использования топливного элемента

Транспортные средства на топливных элементах начинают конкурировать с электродвигателями с питанием от аккумуляторов. Однако внедрению топливных элементов как лучшей технологии будущего мешает отсутствие инфраструктуры для производства, хранения и заправки водорода.

Набор «H2 Эко-мобиль» — интересный наглядный пример использования технологии будущего и прекрасный подарок для юного инженера.

Для тех, кто дочитал до конца, подарок — промокод h2fuelcell, по которому конструктор можно приобрести в нашем интернет магазине со скидкой 10%. Код действует до 15 сентября 2021 года.