文档介绍：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，到没。
、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-N
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，使流过结的净电流为零。在空间电荷区，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，使该区几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。
王+++士士图2半导体P-N结小意图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。
三、实验仪器仪器的构成如图3所示。
图3燃料电池综合实验仪
质子交换膜必需含有足够的水分，才能保证质子的传导。但水含量又不能过高，否则电极被水淹没，水阻塞气体通道，燃料不能传导到质子交换膜参与反应。如何保持良好的水平衡关系是燃料电池设计的重要课题。为保持水平衡，我们的电池正常工作时排水口打开，在电解电流不变时，燃料供应量是恒定的。若负载选择不当，电池输出电流太小，未参加反应的气体从排水口泄漏，燃料利用率与效率都低。在适当选择负载时，燃料利用率约为90%气水塔为电解池提供纯水（2次蒸储水），可分别储存电解池产生的氢气和氧气，为燃料电池提供燃料气体。每个气水塔都是上下两层结构，上下层之间通过插入下层的连通管连接，下层顶部有一输气管连接到燃料电池。初始时，下层近似充满水，电解池工作时，产生的气体会汇聚在下层顶部，通过输气管输出。若关闭输气管开关，气体产生的压力会使水从下层进入上层，而将气体储存在下层的顶部，通过管壁上的刻度可知储存气体的体积。两个气水塔之间还有一个水连通管，加水时打开使两塔水位平衡，实验时切记关闭该连通管。
风扇作为定性观察时的负载，可变负载作为定量测量时的负载。
测试仪面板如图4所示。测试仪可测量电流，电压。若不用太阳能电池作电解池的电源,可从测试仪供电输出端口向电解池供电。实验前需预热15分钟。
图4燃料电池测试仪前面板示意图
如图4所示为燃料电池实验仪系统的测试仪前面板图。
区域l——电流表部分：作为一个独立的电流表使用。其中：
两个档位：2A档和200mAf,可通过电流档位切换开关选择适宜的电流档位测量电流。
两个测量通道：电流测量I和电流测量II。通过电流测量切换键可以同时测量两条通道的电流。
区域2——电压表部分：做为一个独立的电压表使用。共有两个档位：20V档和2V档,可通过电压档位切换开关选择适宜的电压档位测量电压。
区域3——恒流源部分：为燃料电池的电解池部分提供一个从0~350mA的可变恒流源。
四、实验容与步骤：
1、质子交换膜电解池的特性测量理论分析说明，若不考虑电解器的能量损失，，实际由于各种损失，。
电解器的效率为：
Y]=148X100%
U输入输入电压较低时虽然能量利用率较高，但电流小，电解的速率低，通常使电解器输入电压在2伏左右。
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：
It「V氢气=（5）式中F=eN=，e=-19库仑为电子电量，N=，It/2F为产生的氢分子的摩尔（克分子）数，。
若实验时摄氏温度为
=

T,所在地区气压为P,根据理想气体状态方程，可对（5）式作修正:
TP0It
?_0?
P2F式中P0为标准大气压。自然环境中，大气压受各种因素的影响，如温度和海拔高度等,其中海拔对大气压的影响最为明显，-2005可查到，海拔每升高1000米，大气压下降约1