燃料電池綜合實(shí)驗(yàn)

1、燃料電池綜合實(shí)驗(yàn)馬新鑫物基2011301020001【實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解燃料電池的工作原理；2.觀察儀器的能量轉(zhuǎn)換過程；3.測量燃料電池輸出特性，作出所測燃料電池的伏安特性（極化）曲線，電池輸出功率隨輸出電壓的變化曲線；4.測量質(zhì)子交換膜電解池的特性，驗(yàn)證法拉第電解定律。【實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理】1、燃料電池、燃料電池主要包括三部分：質(zhì)子交換膜、催化層、陽極和陰極。質(zhì)子交換膜，它提供氫離子（質(zhì)子）從陽極到達(dá)陰極的通道，而電子或氣體不能

2、通過。催化層是將納米量級的的鉑粒子用化學(xué)或物理的方法附著在質(zhì)子交換膜表面，厚度約0.03mm，對陽極氫的氧化和陰極氧的還原起催化作用。膜兩邊的陽極和陰極由石墨化的碳紙或碳布做成，厚度0.2~0.5mm，導(dǎo)電性能良好，其上的微孔提供氣體進(jìn)入催化層的通道，又稱為擴(kuò)散層。進(jìn)入陽極的氫氣通過電極上的擴(kuò)散層到達(dá)質(zhì)子交換膜。氫分子在陽極催化劑的作用下解離為2個氫離子，即質(zhì)子，并釋放出2個電子，陽極反應(yīng)為：H2=2H2e氫離子以水合質(zhì)子H（nH2O）

3、的形式，通過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，實(shí)現(xiàn)質(zhì)子導(dǎo)電。在電池的另一端，氧氣或空氣通過陰極擴(kuò)散層到達(dá)陰極催化層，在陰極催化層的作用下，氧與氫離子和電子反應(yīng)生成水，陰極反應(yīng)為：O24H4e=2H2O陰極反應(yīng)使陰極缺少電子而帶正電，結(jié)果在陰陽極間產(chǎn)生電壓，在陰陽極間接通外電路，就可以向負(fù)載輸出電能。總的化學(xué)反應(yīng)如下：2H2＋O2=2H2O理論分析表明，若不考慮電解器的能量損失，在電解器上加1.48伏電壓就可使水分解為氫氣和氧氣，實(shí)際由于各種損失，輸入

4、電壓高于1.6伏電解器才開始工作。電解器的效率為：1.48100%U???電解輸入根據(jù)法拉第電解定律，電解生成物的量與輸入電量成正比。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（溫度為零?C，電解器產(chǎn)生的氫氣保持在1個大氣壓），設(shè)電解電流為I，經(jīng)過時間t生產(chǎn)的氫氣體積（氧氣體積為氫氣體積的一半）的理論值為：22.42ItVF??氫氣式中F=eN=9.65104庫侖摩爾為法拉第常數(shù)，e=1.6021019庫侖為電子電量，N=6.0221023為阿伏伽德羅常數(shù)，It2F

5、為產(chǎn)生的氫分子的摩爾（克分子）數(shù)，22.4升為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的摩爾體積。若實(shí)驗(yàn)時的攝氏溫度為T，所在地區(qū)氣壓為P，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，可對（5）式實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)器材】ZKYRLDC燃料電池綜合特性實(shí)驗(yàn)儀、太陽能電池、燃料電池?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1）電解池的特性測量）電解池的特性測量1、確認(rèn)氣水塔水位在水位上限與下限之間。2、將測試儀的電壓源輸出端串連電流表后接入電解池，將電壓表并聯(lián)到電解池兩端。3、將氣水塔輸氣管止水夾關(guān)閉，調(diào)節(jié)恒流源

6、輸出到最大（旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)到底），讓電解池迅速的產(chǎn)生氣體。4、當(dāng)氣水塔下層的氣體低于最低刻度線的時候，打開氣水塔輸氣管止水夾，排出氣水塔下層的空氣。如此反復(fù)2～3次后，氣水塔下層的空氣基本排盡，剩下的就是純凈的氫氣和氧氣了。5、根據(jù)表1中的電解池輸入電流大小，調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流，待電解池輸出氣體穩(wěn)定后（約1分鐘），關(guān)閉氣水塔輸氣管。6、測量輸入電流，電壓及產(chǎn)生一定體積的氣體的時間，記入表191中。2）燃料電池輸出特性的測量）燃料電池輸

7、出特性的測量1、實(shí)驗(yàn)時讓電解池輸入電流保持在300mA，關(guān)閉風(fēng)扇。2、將電壓測量端口接到燃料電池輸出端。打開燃料電池與氣水塔之間的氫氣、氧氣連接開關(guān)，等待約10分鐘，讓電池中的燃料濃度達(dá)到平衡值，電壓穩(wěn)定后記錄開路電壓值。3、將電流量程按鈕切換到200mA?？勺冐?fù)載調(diào)至最大，電流測量端口與可變負(fù)載串聯(lián)后接入燃料電池輸出端，改變負(fù)載電阻的大小，使輸出電壓值如表192所示（輸出電壓值可能無法精確到表中所示數(shù)值，只需相近即可），穩(wěn)定后記錄電壓

8、電流值。4、負(fù)載電阻猛然調(diào)得很低時，電流會猛然升到很高，甚至超過電解電流值，這種情況是不穩(wěn)定的，重新恢復(fù)穩(wěn)定需較長時間。為避免出現(xiàn)這種情況，輸出電流高于210mA后，每次調(diào)節(jié)減小電阻0.5Ω，輸出電流高于240mA后，每次調(diào)節(jié)減小電阻0.2Ω，每測量一點(diǎn)的平衡時間稍長一些（約需5分鐘）。穩(wěn)定后記錄電壓電流值。5、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉燃料電池與氣水塔之間的氫氣氧氣連接開關(guān)，切斷電解池輸入電源。3）太陽能電池的輸出特性曲線測量）太陽能電池的輸出特

9、性曲線測量1、連接好電路，電阻箱的阻值跳到最大。2、啟動太陽能電池，讓光近似垂直照射在太陽能電板上。3、改變電阻箱的阻值：從最大的量程開始降低阻值，直到最大量程顯示為0；接著降低阻值較小的量程。4、每改變一次阻值，記下相應(yīng)的電壓和電流?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】表1燃料電池輸出特性的測量溫度=15OC壓力=1個大氣壓表2電解池的特性測量I（mA）U（V）t（s）q（C）氫氣產(chǎn)量測量值（L）氫氣產(chǎn)生量理論值(L)1001.9226926.93.