燃料电池综合特性实验..
燃料电池实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除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。
燃料电池综合特性实验
燃料电池综合特性实验一、概述 1.新能源的定义新能源又称非常规能源。
是指传统能源之外的各种能源形式。
指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、氢能、生物质能和核聚变能等。
2.太阳能太阳能一般指太阳光的辐射能量。
太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。
广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。
利用太阳能的方法主要有：太阳电能池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。
本实验将测量太阳能电池下述特性：（1）测量太阳能电池在光照时的输出特性并求得它的短路电流(I SC )、开路电压(U OC )、最大输出功率及填充因子FF[(m P )(oc sc mU I P )]。
填充因子是代表太阳能电池性能优劣的一个重要参数。
（2）光照效应：a）测量短路电流I SC 和输出功率P 之间关系，画出I SC 与P 之间的关系图。
b）测量开路电压U OC 和输出功率P 之间的关系，画出U OC 与输出功率P 之间的关系图。
3.燃料电池燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。
燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。
它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。
总的来说，燃料电池具有以下特点：（1）能量转化效率高：它直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。
目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。
（2）有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低，CO2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。
燃料电池综合实验-课堂学生参考
燃料电池综合实验【实验过程】1.燃料电池输出特性的测量1）将两气水塔左侧两个软接头用透明软管与电解池分辨相连，气水塔下层顶部软接头用透明软管与燃料电池上部接头相连（注意前后，不可扭接）；2）用手枪插连接线将主机电流源与电解池正负接线座相连（注意千万不可接反，接错会导致电解池的损坏）；3）将燃料电池正负接线柱与小风扇的正负接线柱用短的手枪插线相连，注意一开始风扇开关先关闭；4）用注射器向两个气水塔中注水（也可用容器直接倒，但注射器更容易控制液面高度），先将电解池中注满水，随着气水塔中液面上升直到液面接近气水塔下层顶端的出气孔下端，停止注水（要求水不能进入燃料电池）；5）开启主机电源，调节“电流源”，使输出电流至300mA（为提高氢气产生效率，一开始宜用大电流）。
稳定一段时间可以打开小风扇开关，看到风扇风叶转动；6）将燃料电池的正负输出线连接至主机上可变电阻，调节合适的输出电流（如100mA或者150mA），调节1K欧姆电位器和100欧姆电位器（注意两个电位器配合调节），改变负载大小，测量输出电流和输出电压的变化。
2.电解池的特性测量1）拔掉两根连接燃料电池的透明软管，并用大夹子夹住传输氢气的气水塔的橡皮软接头（只测量氢气，氧气直接放至空气中）。
2）改变输出电流100mA，200mA，300mA，测量产生一定量氢气的时间。
列表，计算氢气产生率,与理论值比较。
3.太阳能电池的特性测量1）将太阳能电池的两个输出端与主机面板上“可变电阻”红黑接线柱相连。
2）调节射灯与太阳能电池的距离（注意不能太近，因为射灯发热量比较大，以免烧坏太阳能电池），调节电位器，改变负载测量负载电压和电流的变化，列表并计算太阳能电池的特性。
【数据处理要求】1．燃料电池输出特性的测量：测量燃料电池输出电流和输出电压，列表记录数据，并作燃料电池的极化特性曲线和燃料电池输出功率随输出电压的变化曲线，由图线确定燃料电池的效率；2．质子交换膜电解池的特性测量：测量电解池在电流为100mA、200mA、300mA时，在一定时间内产生的氢气量（每5s记录一次），列表记录数据，作图或者直线拟合，得到氢气产生率，并与理论氢气产生率比较，计算测量误差，分析误差产生原因；3．太阳能电池的特性测量：测量太阳能电池的输出电流和电压，列表记录数据，作该电池的伏安特性曲线，作该电池输出功率随输出电压的变化曲线，由图线确定太阳能电池的最大输出功率和对应的最大工作电压U m、最大工作电流I m、开路电压U oc、短路电流I sc、填充因子FF；4．实验总结。
OUC燃料电池综合实验
燃料电池综合实验王忠成，宋鹏，吴宝兰中国海洋大学，海洋地球科学学院，地球信息科学与技术专业，山东省青岛市 26610摘要：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电机。
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他电池。
燃料电池的燃料氢（反应所需的氧可从空气中获得）可电解水获得，也可由矿物或生物原料转化制成。
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。
实验内含物理内容丰富，实验内容紧密结合科技发展热点与实际应用，实验过程清洁环保。
关键词：空气热机；卡诺定理；实际效率中图法分类号： xxx 文献标志码：A文章编号： 1672-5174(xxxx)xx-xxx-xx1 实验原理（1）燃料电池在电池的两极一端通入氢气另一端通入氧气，通入氢气的一端在催化剂的作用下解离为两个氢离子，即质子，并释放出两个电子，阳极反应为：O2=2H++2e （1）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：O 2+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。
（2）2水的电解将水电解生成氢气和氧气，与燃料电池中氢气和氧气的反应生成水互为逆过程。
电源正极形成电解的阳极，在其上产生的反应为2H2O=O2+4H++4e。
电源负极形成点解的阴极，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=H2。
（3）太阳能电池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。
燃料电池综合特性研究
实验题目：燃料电池综合特性的研究实验目的：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，作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，作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。
实验原理：一、燃料电池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：H2= 2H++2e （1）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）二、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。
燃料电池综合实验
燃料电池综合实验马新鑫 物基 2011301020001【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；3.测量燃料电池输出特性，作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；4.测量质子交换膜电解池的特性，验证法拉第电解定律。
【实验原理】1、燃料电池主要包括三部分：质子交换膜、催化层、阳极和阴极。
质子交换膜，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。
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：H 2 = 2H ++2e氢离子以水合质子H +（nH 2O ）的形式，通过质子交换膜到达阴极，实现质子导电。
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：O 2+4H ++4e = 2H 2O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：2H 2＋O 2 = 2H 2O理论分析表明，若不考虑电解器的能量损失，在电解器上加1.48伏电压就可使水分解为氢气和氧气，实际由于各种损失，输入电压高于1.6伏电解器才开始工作。
电解器的效率为：1.48100%U η=⨯电解输入根据法拉第电解定律，电解生成物的量与输入电量成正比。
在标准状态下（温度为零 ︒C ，电解器产生的氢气保持在1个大气压），设电解电流为I ，经过时间t 生产的氢气体积（氧气体积为氢气体积的一半）的理论值为：22.42ItV F=⨯氢气 式中F = e N = 9.65×104库仑/摩尔为法拉第常数，e = 1.602×10-19库仑为电子电量，N = 6.022×1023为阿伏伽德罗常数，It/2F 为产生的氢分子的摩尔（克分子）数，22.4升为标准状态下气体的摩尔体积。
燃料电池特性实验报告
燃料电池的特性测量实验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。
1839年，英国人格罗夫（W. R . Grove）发明了燃料电池，历经近两百年，在材料，结构，工艺不断改进之后，进入了实用阶段。
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。
燃料电池的燃料氢（反应所需的氧可从空气中获得）可电解水获得，也可由矿物或生物原料转化制成。
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。
实验内含物理内容丰富，实验内容紧密结合科技发展热点与实际应用，实验过程环保清洁。
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。
【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（能量存储）—燃料电池—电能。
3.测量燃料电池的输出特性，作出燃料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，计算燃料电池的最大输出功率和效率。
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，作太阳能电池的伏安特性曲线以及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。
燃料电池综合特性实验实验报告
燃料电池综合特性实验实验报告一、引言。
燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的高效能源转换装置，具有高能量密度、低污染、无噪音等优点，因此受到了广泛关注。
燃料电池的综合特性实验旨在对燃料电池的性能进行全面评价，为其在实际应用中的推广提供参考。
二、实验目的。
本实验旨在通过对燃料电池的综合特性进行测试，掌握燃料电池的工作原理和性能特点，为燃料电池在能源领域的应用提供实验数据支持。
三、实验原理。
燃料电池是一种将氢气和氧气直接转化为电能和热能的装置，其工作原理是通过氢气在阳极催化剂表面的氧化反应产生电子和氢离子，电子通过外部电路流向阴极，氢离子通过电解质膜传递到阴极，与氧气发生还原反应产生水。
在这一过程中，电子流动形成电流，完成电能的转换。
四、实验步骤。
1. 准备工作，将燃料电池系统组装好，连接好氢气和氧气的供应管路，并进行密封检查。
2. 实验前检测，对燃料电池系统进行电压、电流、温度等参数的检测，确保系统处于正常工作状态。
3. 实验过程，通过控制氢气和氧气的流量，调节燃料电池系统的工作状态，记录电压、电流、温度等参数的变化。
4. 数据处理，对实验得到的数据进行整理和分析，得出燃料电池的综合特性参数。
五、实验结果与分析。
通过实验，我们得到了燃料电池在不同工作状态下的电压、电流、温度等参数。
经过数据处理和分析，我们得出了燃料电池的极化曲线、功率曲线等综合特性参数。
通过对这些参数的分析，我们可以评价燃料电池的性能表现，为其在实际应用中提供参考。
六、结论。
通过本次实验，我们对燃料电池的综合特性进行了全面评价，掌握了其工作原理和性能特点。
实验结果表明，燃料电池具有较高的能量转换效率和稳定性，具有广阔的应用前景。
然而，燃料电池在实际应用中还存在一些问题，如催化剂的稳定性、材料的成本等，需要进一步研究和改进。
七、参考文献。
1. 郑伟，李明. 燃料电池综合特性实验[M]. 北京，化学工业出版社，2015.2. Smith, John. Comprehensive characteristics of fuel cells. Journal of Power Sources, 2018, 392(1): 123-135.八、致谢。
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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。
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，使流过P-N结的净电流为零。
在空间电荷区内，P区的空穴被来自N区的电子复合，N区的电子被来自P区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。
当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子一空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N区和P区，使N区有过量的电子而带负电，P区有过量的空穴而带正电，P-N结两端形成电压，这就是光伏效应，若将P-N结两端接入外电路，就可向负载输
出电能。