Für die Versuchsdurchführung waren vier Salzbrücken mit unterschiedlichem Innendurchmesser und unterschiedlicher Konzentration vorgesehen. Alle Salzbrücken waren mit dem Geliermittel Agar-Agar versetzt.
1.) Salzbrücke: 50% KOH, 19mm
2.) Salzbrücke: 30% KOH, 19mm
3.) Salzbrücke: 50% KOH, 10mm
4.) Salzbrücke: 30% KOH, 10mm
Für die erste Messung wurde die Salzbrücke mit 50%-Kaliumhydroxidlauge (KOH) und einem Innendurchmesser von 19mm verwendet. Zu Beginn wurde über die Gleichstromquelle 2 V auf das System gegeben. Es konnte kein Strom gemessen und keine Gasbildung beobachtet werden. Erst ab einer Spannung von 7V wurden 0,006 A gemessen, was einer Leistung von 0,042 W und einem Widerstand von 1166,67 Ω entspricht. Es liegt nahe, dass die Salzbrücke mit dem verwendeten Geliermittel der Grund für den hohen Widerstand ist. Bei einer maximalen Spannung von 30 V war lediglich ein Wasserstoffvolumenstrom von 0,167 ml/min zu messen.
η=HHV*VH2/dt/Pel (1)
VH2/dt - Volumenstrom des Wasserstoffs
HHV - Brennwert des Wasserstoffes
Pel - zugeführte elektrische Energie
Mit einem Wasserstoffbrennwert von 12,75e6 J/m³ besitzt der Elektrolyseur, mit der oben beschriebenen Salzbrücke, einen Wirkungsgrad von:
η=4,08%
Die Gruppe entschied sich gegen weitere Messungen von Salzbrücken, die mit Geliermittel versetzt waren. Eine geringere Konzentration an KOH innerhalb der Salzbrücke hätte den elektrischen Wiederstand erhöht und den Wirkungsgrad weiter gesenkt. Ein kleinerer Innendurchmesser hätte die Ionenanzahl verringert, was ebenfalls zu einem schlechteren Wirkungsgrad geführt hätte.
Eine weitere Salzbrücke, ohne Geliermittel, sollte bessere Messergebnisse liefern. Dafür wurde 30% Kaliumhydroxidlauge in einen Kunststoffschlauch mit 10mm Innendurchmesser gegeben. Der Schlauch wurde an den Enden mit dem Geliermittel aus den anderen Salzbrücken abgedichtet. Dies bot sich an, da die Geliermasse mit der Kaliumhydroxidlauge, nach anlegen einer Spannung, sich auflöst.
Messwerte wurden bei vier unterschiedlichen Spannungen(15V, 20V, 25V, 30V), minütlich aufgenommen.
Die Volumenströme bleiben über die Zeit konstant. Je höher die angelegte Spannung, desto höher der Volumenstrom. Anhand unserer Messergebnisse ergibt sich ein Zuwachs von 0,067 ml/(V*min).
Bei einer Spannung von 30V entsteht an der Eisenelektrode ein Volumenstrom von 2ml/min.
Bemerkenswert ist hierbei, dass bei längerem Betrieb der Anlage, konstanter Spannung und konstantem Volumenstrom die Leistung steigt. Dies liegt an dem sich verringerndem elektrischen Widerstand. Dadurch steigt der gemessene Gleichstrom und somit die elektrische Leistung, welche anhand der folgenden Formel errechnet wurde.
Pel = UI (2)
Der Wirkungsgrad des Elektrolyseurs mit Salzbrücke ohne Geliermittel beträgt:
η=4,43%
Im Folgenden sind die maximalen Volumenströme gezeigt:
1.) Salzbrücke mit Geliermittel (SB1): VH2/dt = 0,167 ml/min
2.) Salzbrücke ohne Geliermittel (SB2): VH2/dt = 2,000 ml/min
Obwohl der Volumenstrom von SB2 um den Faktor 12 größer ist, arbeitet die Anlage mit ähnlicher Effizienz. Grund dafür ist die elektrische Leistung.
PSB1 = 11*PSB2
Der Volumenstrom steigt um den Faktor 12, allerdings steigt die elektrische Leistung um den Faktor 11, weshalb der Wirkungsgrad nur um 0,35% höher ist.
Die Gründe für den minimalen Anstieg des Wirkungsgrades sind vielschichtig. Durch die nicht vorhandene Geliermasse in SB2, steigt der Volumenstrom deutlich. Allerdings wird dieser Effekt durch einen geringeren elektrischen Widerstand, was zum Anstieg der elektrischen Leistung führt, kompensiert. SB2 besitzt eine geringere Konzentration an Kaliumhydroxid, was zu einer schlechteren Ausbeute an Wasserstoff führt. Außerdem hat die Salzbrücke ohne Geliermittel einen geringeren Innendurchmesser. Um über den Einfluss des Innendurchmessers eine validierte Aussage treffen zu können, reichen die Messergebnisse nicht aus. Aufgrund von Materialmangel konnten keine weiteren Messungen gemacht werden.
In der Industrie sind Wirkungsgrade von über 80% möglich. Der Hofmannsche Zersetzungsapparat hat einen Wirkungsgrad von über 40%. Verglichen mit den Wirkungsgraden lässt sich sagen, dass die Salzbrücke eine ineffiziente Variante der alkalischen Elektrolyse darstellt.