燃料电池实验报告
燃料电池综合特性实验..
燃料电池综合特性实验一、实验目的：1、了解燃料电池的工作原理。
2、观察仪器的能量转换过程：光能→太阳能电池→电能→电解池→氢能（能量储存）→燃料电池→电能3、测量燃料电池输出特性，做出所测燃料电池的伏安特性（极化）曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。
计算燃料电池的最大输出功率及效率。
4、测量质子交换膜电解池的特性，验证法拉第电解定律。
5、测量太阳能电池的特性，做出所测太阳能电池的伏安特性曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。
获取太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输出功率，填充因子等特性参数。
二、实验原理：1、燃料电池质子交换膜(PEM，Proton Exchange Membrane)燃料电池在常温下工作，具有启动快速，结构紧凑的优点，最适宜作汽车或其它可移动设备的电源，近年来发展很快，其基本结构如图l所示。
目前广泛采用的全氟璜酸质子交换膜为固体聚合物薄腆，厚度0.05~0.lmm，它提供氢离子（质子）从阳极到达阴极的通道，而电子或气体不能通过。
催化层是将纳米量级的铂粒子用化学或物理的方法附着在质子交换膜表面，厚度约0.03mm，对阳极氢的氧化和阴极氧的还原起催化作用。
膜两边的阳极和阴极由石墨化的碳纸或碳布做成，厚度0.2～0.5mm，导电性能良好，其上的微孔提供气体进入催化层的通道，又称为扩散层。
教学用燃料电池采用有机玻璃做流场板。
进入阳极的氢气通过电极上的扩散层到达质子交换膜。
氢分子在阳极催化剂的作用下解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子，阳极反应为：H2=2H+2e (l)氢离子以水合质子H+(nH2O)的形式，在质子交换膜中从一个璜酸基转移到另一个璜酸基，最后到达阴极，实现质子导电，质子的这种转移导致阳极带负电。
在电池的另一端，氧气或空气通过阴极扩散层到达阴极催化层，在阴极催化层的作用下，氧与氢离子和电子反应生成水，阴极反应为：O2+4H+4e=2H2O (2)阴极反应使阴极缺少电子而带正电，结果在阴阳极间产生电压，在阴阳极间接通外电路，就可以向负载输出电能。
燃料电池综合特性实验
燃料电池综合特性实验中国海洋大学 10级海洋科学类张钰摘要本实验通过对质子交换膜的特性测量，验证了法拉第电解定律；对燃料电池的特性测量，作出燃料电池极化曲线，作出输出功率随输出电压变化曲线，并求出燃料电池最大输出功率及效率；对太阳能电池的特性测量，作出太阳能电池的伏安特性曲线，作出输出功率随输出电压变化关系曲线，求出最大输出功率并计算填充因子。
在实验结果中，进行了图像和结果的分析。
关键词质子交换膜，电解池，燃料电池，太阳能电池，特性测量1 实验原理1.1 燃料电池图1 质子交换膜燃料电池结构示意图质子交换膜燃料电池（如上图）在常温下工作，其基本结构如图1所示。
目前广泛采用的全氟璜酸质子交换膜为固体聚合物薄膜，厚度0.05~0.1mm，它提供氢离子（质子）从阳极到达阴极的通道，而电子或气体不能通过。
膜两边的阳极和阴极由石墨化的碳纸或碳布做成，厚度0.2~0.5mm，导电性能良好，其上的微孔提供气体进入催化层的通道，又称为扩散层。
进入阳极的氢气通过电极上的扩散层到达质子交换膜。
氢分子在阳极催化剂的作用下解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子，阳极反应为：氢离子以水合质子H+（nH2O）的形式，在质子交换膜中从一个璜酸基转移到另一个璜酸基，最后到达阴极，实现质子导电，质子的这种转移导致阳极带负电。
在电池的另一端，氧气或空气通过阴极扩散层到达阴极催化层，在阴极催化层的作用下，氧与氢离子和电子反应生成水，阴极反应为：阴极反应使阴极缺少电子而带正电，结果在阴阳极间产生电压，在阴阳极间接通外电路，就可以向负载输出电能。
总的化学反应如下：1.2 水的电解将水电解产生氢气和氧气，与燃料电池中氢气和氧气反应生成水互为逆过程。
水电解装置同样因电解质的不同而各异，碱性溶液和质子交换膜是最好的电解质。
若以质子交换膜为电解质，可在图1右边电极接电源正极形成电解的阳极，在其上产生氧化反应2H2O = O2+4H++4e-。
燃料电池综合实验
燃料电池综合特性实验
一、准备
1.加水：打开气水塔连通管，加水至上、下限之间，关闭水连通管。
2. 电流源输出端串连电流表后接入电解池，将电压表并联到电解池两端。
3. 关闭气水塔输气管止水夹，调节恒流源输出到最大（顺时针到底）。
当气水塔下层的气体低于最低刻度线的时候，打开气水塔输气管止水夹，排出气水塔下层的空气。
如此反复2～3次。
二、电解池的特性测量
1. 调节输出电流分别为100mA,200m,A300mA，待电解池输出气体稳定后
三、燃料电池输出特性的测量
1. 电解池输入电流保持在300mA，关闭风扇。
2. 电压测量端口接到燃料电池输出端。
打开气水塔输气管止水夹，等待10分钟，电压稳定后记录开路电压值。
3. 电流量程切换到200mA，超量程切换到2A。
负载调至最大，电流测量端口与可变负载串联后接入燃料电池输出端，改变负载，稳定后记录电压、电流值。
每测量一个点需稳定约5分钟。
燃料电池的最大输出功率和最大输出功率时对应的效率是多少？
四、太阳能电池的特性测量
1. 电流测量端口与可变负载(调至最大）串联后接入太阳能电池的输出端，电压表并联到太阳能电池两端。
太阳能电池的开路电压U oc，短路电流I sc是多少？最大输出功率p m是多少？最大工作电压U m，最大工作电流I m是多少？填充因子FF是多少？。
燃料电池专题第三章实验报告
燃料電池專題Special Topic in Fuel Cell第三章了解PEMFC系統相關操作參數實驗報告教師:詹世弘學生:孫慶學號:s10152321.實驗目的(1)探討氣體流量改變對燃料電池的影響(和第二章實驗相同不重複做)(2)探討氣體壓力(背壓)改變對燃料電池的影響(因為機台背壓裝置壞了,無法調整背壓,故無法有可供討論數據)(3)探討電池工作溫度改變對燃料電池的影響(4)探討固定電壓(CV)及固定電流(CC)兩種模式2.實驗原理,裝置與方法(1)氣體流量有關氣體流量的操作參數有2個－「StoichiometricRatio(化學當量比)」與「Zero-Load Flow Rate (or MinimumFlow Rate 零負載流量) 」。
「Stoichiometric Ratio」為燃料電池放電量(電流)與所需燃料量(氣體流量)的權重比，「Zero-Load Flow Rate」為操作燃料電池所需的基本流量值(包括負載切斷時)，此值會隨著燃料電池的設計而改變。
(2)氣體壓力操作方式是在氫氣與空氣的管路出口處加裝一調整閥，調整管路出口的口徑，讓管路內累積壓力，稱之為「背壓」。
(3)電池工作溫度由於PEMFC 質子交換膜之導質子性能與操作溫度、濕度有重要關聯。
在適當的溫度範圍內(25~65℃)，溫度、濕度提高可促進質子傳導。
(4)放電模式與截止電壓通常燃料電池放電模式可採固定電壓(CV)、固定電流(CC)、固定功率(CP)和固定電阻(CR)4 種，通常固定電壓(CV)和固定電流(CC)是較常用的模式。
截止電壓(Shutoff Voltage)為保護燃料電池不在過低電壓操作，否則易產生不可逆反應而降低活性面積。
3.實驗步驟進入參數設定畫面後設定參數分別為執行「Setting Finish 」後切換至「Life Test 」即可開始 電池工作溫度,CC,CV 等實驗4. 數據紀錄與分析 (1) 電池溫度(0.7V)34.734.834.935.035.135.235.335.435.5t e m p _CTime_min電池溫度(0.5V)34.535.035.536.036.537.037.5t em p _CTime_min電池溫度(0.3V)Time_min(2) 電池溫度(0.7V,0.5V,0.3V)t e m p _CTime_min5. 問題與討論當量越大是否越好，在一般情況下合適的當量值為何？ Ans:當量越大代表使用率越低,並不代表越好,合適的當量值則需要經過實際操作測試後依據實際流量做換算才可以得知 6. 心得與結論經由很簡單的實驗就可以讓我們了解到當量的應用及實際流量值和理論流量值的差別,對於燃料電池的應用需要拉近實際與理論流量值才能夠提高燃料的使用率,進而降低成本,達到普及的目的在本次實驗中,我參與了機台操作及設定等等工作,並學習到操作經驗以及對機台的基本認識。
燃料电池专题第二章实验报告
燃料電池專題Special Topic in Fuel Cell第二章反應物當量、反應電流與生成物換算實驗報告教師:詹世弘學生:孫慶學號:s10152321.實驗目的(1)藉由設定氫氧兩端氣體的當量數觀察實際流量值,並利用公式計算後得到的理論流量值做比較(2)得到實際使用率及當量數和使用率的關係2.實驗原理,裝置與方法藉由課本詳細推導後可以得到理論流量值(氫氣,氧氣,空氣)公式分別為:(1)氧氣(2)空氣(3)氫氣並代入本章實驗所設定之條件當量比: H2:Air=1:4 ,2:2假定電壓:0.6V/cell,共4 cell假定功率: 2.4 W計算出理論流量值如下表最後將理論流量值和實際操作值做比較3.實驗步驟進入參數設定畫面後設定參數分別為執行「Setting Finish」後切換至「Life Test」即可開始實驗4.數據紀錄與分析(1) H2:Air=1:4(2) H2:Air=2:2可由實驗結果整理出實際流量值如下表,並和理論流量值做比較可以發現實際流量值遠大於理論流量值,說明了需要達到設定的功率條件下實際需要更大量的氫氧供給量,有可能代表燃料電池本身其他部位有缺陷或是問題才會導致使用率相當低,也可以由此方法來推算燃料電池的使用率進而探討如何提升使用率5.問題與討論當量越大是否越好，在一般情況下合適的當量值為何？Ans:當量越大代表使用率越低,並不代表越好,合適的當量值則需要經過實際操作測試後依據實際流量做換算才可以得知6.心得與結論經由很簡單的實驗就可以讓我們了解到當量的應用及實際流量值和理論流量值的差別,對於燃料電池的應用需要拉近實際與理論流量值才能夠提高燃料的使用率,進而降低成本,達到普及的目的。
燃料电池实验
燃料电池实验燃料电池是一种将化学能转化为电能的装置，近年来受到了广泛的关注和研究。
本文将介绍燃料电池实验的过程及结果，以便更好地理解燃料电池的工作原理和应用前景。
实验材料和设备1. 燃料电池：这是实验的核心设备，也是产生电能的源头。
在本次实验中，我们将使用氢气作为燃料与氧气反应产生电能。
2. 电导计：用于测量燃料电池输出的电流和电压。
3. 电解槽：包含两个电极，也就是阳极和阴极。
阳极吸收氢气，阴极吸收氧气。
4. 导线和连接器：用于将电导计与燃料电池相连，以测量电流和电压。
实验步骤1. 准备好实验材料和设备，并确保安全。
2. 将清洁的阳极和阴极插入电解槽中，并使用夹子固定。
阳极箭头指向阴极，确保正确连接。
3. 将电导计的电流和电压设置为零，并将其连接到燃料电池的阳极和阴极上。
4. 打开氢气供应系统，并将氢气导入燃料电池的阳极。
确保供气平稳，并观察实验过程中的电流和电压变化。
5. 测量和记录实验中的电流和电压数值，并观察其随时间的变化。
注意观察实验是否存在异常情况。
实验结果经过实验过程的观察和数据记录，我们得到了以下结果：1. 在氢气供应后，电流和电压开始稳定上升，表明燃料电池正常工作。
2. 随着时间的推移，电流和电压逐渐达到峰值，之后逐渐下降。
这是由于燃料电池中的反应物逐渐消耗完毕，导致电流和电压的降低。
3. 在实验过程中，我们观察到电流和电压的波动现象。
这可能是由于温度、湿度等环境因素的变化所引起的。
实验分析和讨论通过以上实验结果的观察和分析，我们可以得出以下结论：1. 燃料电池是一种能够将氢气和氧气反应产生电能的装置。
在实验中，我们验证了燃料电池的正常工作及电流、电压随时间的变化情况。
2. 燃料电池在供气平稳的情况下，可以稳定输出一定的电流和电压。
这说明燃料电池具有较高的稳定性和可靠性。
3. 电流和电压的下降趋势表明燃料电池中的反应物逐渐消耗完毕，这需要进一步的燃料供应或更换新的燃料电池。
4. 实验中观察到的电流和电压波动现象可能是由环境因素的影响引起的。
燃料电池电化学性质测定实验报告总结
燃料电池电化学性质测定实验报告总结燃料电池是一种重要的电化学能源转换设备，它可以将化学能转化为电能，并且具有环保、高效、可再生等特点。
为了研究燃料电池的电化学性质，本次实验进行了一系列的测定，包括电子转移数的测定、活性表面积的测定、质量活性的测定等。
首先，通过电子转移数的测定，我们可以得出燃料电池中各种物质的电子转移数，从而了解反应的过程和机理。
实验中，我们采用了循环伏安法进行测定，通过绘制伏安曲线来分析电化学过程。
实验结果表明，燃料电池中的电子转移数通常为2，这与燃料电池的工作原理相符。
其次，活性表面积的测定是研究燃料电池催化剂活性的重要手段。
本次实验采用了氮吸附法来测定催化剂的表面积，并通过BET方程来计算。
实验结果显示，催化剂的表面积较大，具有良好的催化性能，有利于提高燃料电池的效率和稳定性。
最后，质量活性的测定是评价燃料电池催化剂性能的重要指标。
本次实验选择了高效的Pt/C催化剂进行测定，通过测量燃料电池的极化曲线来确定催化剂的质量活性。
实验结果显示，Pt/C催化剂具有较高的质量活性，有望应用于燃料电池领域。
总之，燃料电池的电化学性质测定是研究燃料电池性能和优化设计的重要手段。
通过本次实验，我们对燃料电池的电子转移数、活性表面积和质量活性进行了详细研究，为进一步提高燃料电池的效率和稳定性提供了理论基础。
未来，我们可以进一步研究燃料电池的反应机理，设计和合成更高效的催化剂，以期实现燃料电池在能源领域的广泛应用。
9 实验活动5 制作简单的燃料电池
2
3
3.列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理。
提示：在氢氧燃料电池中，电解质溶液可以是酸性的，也可以是碱性的。在电解水时，为增强导电性，常在水中滴加几滴稀硫酸或 溶液等电解质溶液。
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电化学反应
氢氧燃料电池（电解质溶液为酸性）
电解水（向水中滴加几滴稀硫酸）
氧化反应
负极：
阳极：
电解水 制作一个氢氧燃料电池。
1
2
3
实验操作
实验现象
（1）在 形管中注入 溶液，然后向其中滴加 滴酚酞溶液。在 形管的两边分别插入一根石墨棒，用鳄鱼夹、导线连接电源。闭合 ，接通直流电源开始电解
两极均有气泡产生，连接电源负极的石墨棒附近溶液逐渐变红色
（2）当上述电解过程大约进行 后，打开 ，断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表（或发光二极管、音乐盒等）相连，闭合
电流表指针发生偏转（或二极管发光、音乐盒发出乐音等）
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3
问题和讨论
1.电解水时，选用硫酸钠溶液而不用蒸馏水，为什么？
提示：硫酸钠溶液的导电性好，电解效率高惰性电极电解硫酸钠溶液时，阳离子放电顺序为 ， 在阴极得电子生成氢气，而阴离子放电顺序为 ， 在阳极上失电子生成 ，故实质上是电解水。
实验活动5 制作简单的燃料电池
实验目的
1.理解燃料电池的工作原理。
2.设计和制作一个氢氧燃料电池。
实验用品
1.仪器： 形管、石墨棒（石墨棒使用前应该经过烘干活化处理）、 的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表（或发光二极管、音乐盒等）。
2.试剂： 溶液、酚酞溶液。
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实验装置
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燃料电池实验报告
篇一：燃料电池综合特性实验报告
燃料电池综合特性实验
【实验背景】燃料电池以氢和氧为燃料，通过电化学反应直接产生电力，能量转换效率高于燃烧燃料的热机。
燃料电池的反应生成物为水，对环境无污染，单位体积氢的储能密度远高于现有的其它电池。
因此它的应用从最早的宇航等特殊领域，到现在人们积极研究将其应用到电动汽车，手机电池等日常生活的各个方面，各国都投入巨资进行研发。
按燃料电池使用的电解质或燃料类型，可将现在和近期可行的燃料电池分为碱性燃料电池，质子交换膜燃料电池，直接甲醇燃料电池，磷酸燃料电池，熔融碳酸盐燃料电池，固体氧化物燃料电池6种主要类型，本实验研究其中的质子交换膜燃料电池。
能源为人类社会发展提供动力，长期依赖矿物能源使我
们面临环境污染之害，资源枯竭之困。
为了人类社会的持续健康发展，各国都致力于研究开发新型能源。
未来的能源系统中，太阳能将作为主要的一次能源替代目前的煤，石油和天然气，而燃料电池将成为取代汽油，柴油和化学电池的清洁能源。
【摘要】燃料电池尤其是质子交换膜燃料电池(pem)以其高功率密度、高能量转换效率、可低温启动、环境友好等突出优点而受到瞩目。
本实验包含太阳能电池发电（光能—电能转换），电解水制取氢气（电能—氢能转换），燃料电池发电（氢能—电能转换）几个环节，形成了完整的能量转换，储存，使用的链条。
本实验通过研究燃料电池的工作原理，测量其输出特性，计算燃料电池的最大输出功率及效率并验证法拉第电解定律。
测量太阳能电池的特性，做出所测太阳能电池的伏安特性曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。
获取太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输出功率等。
【关键词】燃料电池，电解池，太阳能电池
【正文】
一、实验目的：
1、了解燃料电池的工作原理。
2、观察仪器的能量转换过程：
光能→太阳能电池→电能→电解池→氢能（能量储存）
→燃料电池→电能
3、测量燃料电池输出特性，做出所测燃料电池的伏安特性（极化）曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。
计算燃料电池的最大输出功率及效率。
4、测量质子交换膜电解池的特性，验证法拉第电解定律。
5、测量太阳能电池的特性，做出所测太阳能电池的伏安特性曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线。
获取太阳能电池的开路电压，短路电流，最大输出功率，填充因子等特性参数。
二、实验原理：
1、燃料电池
质子交换膜(pem，protonexchangemembrane)燃料电池在常温下工作，具有启动快速，结构紧凑的优点，最适宜作汽车或其它可移动设备的电源，近年来发展很快，其基本结构如图l所示。
目前广泛采用的全氟璜酸质子交换膜为固体聚合物薄腆，厚度0.05~0.lmm，它提供氢离子（质子）从阳极到达阴极的通道，而电子或气体不能通过。
催化层是将纳米量级的铂粒子用化学或物理的方法附着在质子交换膜表面，厚度约0.03mm，对阳极氢的氧化和阴极氧的还原起催化作用。
膜两边的阳极和阴极由石墨化的碳纸或碳布做成，厚度0.2～0.5mm，导电性能良好，其上的微孔提供气体进入催
化层的通道，又称为扩散层。
教学用燃料电池采用有机玻璃做流场板。
进入阳极的氢气通过电极上的扩散层到达质子交换膜。
氢分子在阳极催化剂的作用下解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子，阳极反应为：
h2=2h+2e(l)
氢离子以水合质子h+(nh2o)的形式，在质子交换膜中从一个璜酸基转移到另一个璜酸基，最后到达阴极，实现质子导电，质子的这种转移导致阳极带负电。
在电池的另一端，氧气或空气通过阴极扩散层到达阴极催化层，在阴极催化层的作用下，氧与氢离子和电子反应生成水，阴极反应为：
o2+4h+4e=2h2o(2)
阴极反应使阴极缺少电子而带正电，结果在阴阳极间产生电压，在阴阳极间接通外电路，就可以向负载输出电能。
总的化学反应如下：
2h2+o2=2h2o(3)
（阴极与阳极：在电化学中，失去电子的反应叫氧化，得到电子的反应叫还原。
产生氧化反应的电极是阳极，产生还原反应的电极是阴极。
对电池而言，阴极是电的正极，阳极是电的负极。
）
2、水的电解
将水电解产生氢气和氧气，与燃料电池中氢气和氧气反应生成水互为逆过程。
水电解装置同样因电解质的不同而各异，碱性溶液和质子交换膜是最好的电解质。
若以质子交换膜为电解质，可在图1右边电极接电源正极形成电解的阳极，在其上产生氧化反应2h2o=o2+4h?+4e。
左边电极接电源负极形成电解的阴极，阳极产生的氢离子通过质子交换膜到达阴极后，产生还原反应2h?+2e=h2o即在右边电极析出氧，左边电极析出氢。
作
燃料电池或作电解器的电极在制造上通常有些差别，燃料电池的电极应利于气体吸纳，而电解器需要尽快排出气体。
燃料电池阴极产生的水应随时排出，以免阻塞气体通道，而电解器的阳极必须被水淹没。
3、太阳能电池
太阳能电池利用半导体p-n结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面p-n结，图2为p-n结示意图。
p型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。
n 型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。
当两种半导体结合在一起形成p-n结时，n区的电子（带负电）??
向p区扩散，p区的空穴（带正电）向n区扩散，在p-n 结附近形成空间电荷区与势垒电场。
势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流。