燃料电池综合特性实验报告.docx

燃料电池综合特性实
验论文
作者：宋东辉
学号
03482015010
单位：二十二连二区队A组
燃料电池综合特性实验
一、实验目的：
了解燃料电池的工作原理
观察仪器的能量转换过程：电能T电解池T氢能（能量储存）
电解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：
"氢气—
It
2F

5）
式中F=eN=，e=-：9库仑为电
子电量，N=，It/2F为产生的氢分子的摩尔（克分子）数,。
若实验时的摄氏温度为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：
V
氢气
+TPI
~P2F

6）
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，-2005可查到，海拔每升高1000米，大气压下降约10％
由于水的分子量为18且每克水的体积为1cm3,故电解池消耗的水的体积为：
V=x18cm3=-5cm3（7）
水2F
应当指出，（6）,（7）式的计算对燃料电池同样适用，只是其中的I代表燃料电池输出电流，V氢气代表燃料消耗量，V水代表电池中水的生成量。
氢气水
确认气水塔水位在水位上限与下限之间。
将测试仪的电压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7TTT、山
两端。
将气水塔输气管止水夹关闭，调节恒流源输出到最大（旋钮顺时针旋转到底），让电解池迅速的产生气体。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次后，气水塔下层的空气基本排尽，剩下的就是纯净的氢气和氧气了。根据表1中的电解池输入电流大小，调节恒流源的输出电流，待电解池输出气体稳定后（约1分钟），关闭气水塔输气管。测量输入电流，电压及产生一定体积的气体的时间，记入表1中。
表1电解池的特性测量
输入电流I
（A）
输入电压
（V）
时间t（秒）
电量It（库
仑）
氢气产生
量
氢气产生
量
0•10
0•20
0•30
测量值
（升）
理论值
由（6）式计算氢气产生量的理论值。与氢气产生量的测量值比较。若不管输入电压与电流大小，氢气产生量只与电量成正比，且测量值与理论值接近，即验证了法拉第定律。
1、燃料电池输出特性的测量
在一定的温度与气体压力下，改变负载电阻的大小，测量燃料电池的输出电
压与输出电流之间的关系，如图5所示。电化学家将其称为极化特性曲线，习惯
用电压作纵坐标，电流作横坐标。
理论分析表明，如果燃料的所有能量都被转换成电能，。实际燃料的能量不可能全部转换成电能，例如总有一部分能量转换成热能，少量的燃料分子或电子穿过质子交换膜形成内部短路电流等，故燃料电池的开路电压低于理想电动势。
随着电流从零增大，输出电压有一段下降较快，主要是因为电极表面的反应速度有限，有电流输出时，电极表面的带电状态改变，驱动电子输出阳极或输入阴极时，产生的部分电压会被损耗掉，这一段被称为电化学极化区。
输出电压的线性下降区的电压降，主要是电子通过电极材料及各种连接部件，离子通过电解质的阻力引起的，这种电压降与电流成比例，所以被称为欧姆极化区。
输出电流过大时，燃料供应不足，电极表面的反应物浓度下降，使输出电压迅速降低，而输出电流基本不再增加，这一段被称为浓差极化区。
综合考虑燃料的利用率（恒流供应燃料时可表示为燃料电池电流与电解电流之比）及输出电压与理想电动势的差异，燃料电池的效率为：
IUP
耳二理池•输岀x100%=输出——100%（8）

电解电解
某一输出电流时燃料电池的输出功率相当于图5中虚线围出的矩形区，在使用燃料电池时，应根据伏安特性曲线，选择适当的负载匹配，使效率与输出功率达到最大。
实验时让电解池输入电流保持在300mA，关闭风扇。
将电压测量端口接到燃料电池输出端。打开燃料电池与气水塔之间的氢气、氧气连接开关，等待约10分钟，让电池中的燃料浓度达到平衡值