燃料電池綜合特性實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、驗(yàn)論文作者：宋東輝學(xué)號： 03482015010單位：二十二連二區(qū)隊(duì)A組 輸出電壓與輸出電流之間的關(guān)系，如圖 5 所示。 電化學(xué)家將其稱為極化特性曲線，習(xí)慣用電壓作縱坐標(biāo)，電流作橫坐標(biāo)。理論分析表明，如果燃料的所有能量都被轉(zhuǎn)換成電能，則理想電動勢為1.48伏。實(shí)際燃料的能量不可能全部轉(zhuǎn)換成電能，例如總有一部分能量轉(zhuǎn)換成熱能，少量的燃料分子或電子穿過質(zhì)子交換膜形成內(nèi)部短路電流等，故燃料電池的開路電壓低于理想電動勢。隨著電流從零增大，輸出電壓有一段下降較快，主要是因?yàn)殡姌O表面的反應(yīng)速度有限，有電流輸出時(shí)，電極表面的帶電狀態(tài)改變，驅(qū)動電子輸出陽極或輸入陰極時(shí)，產(chǎn)生的部分電壓會被損耗掉，這一段被稱為電

2、化學(xué)極化區(qū)。輸出電壓的線性下降區(qū)的電壓降，主要是電子通過電極材料及各種連接部件， 離子通過電解質(zhì)的阻力引起的，這種電壓降與電流成比例，所以被稱為歐姆極化區(qū)。輸出電流過大時(shí)，燃料供應(yīng)不足，電極表面的反應(yīng)物濃度下降，使輸出電壓迅速降低，而輸出電流基本不再增加，這一段被稱為濃差極化區(qū)。綜合考慮燃料的利用率（恒流供應(yīng)燃料時(shí)可表示為燃料電池電流與電解電流之比）及輸出電壓與理想電動勢的差異，燃料電池的效率為：電池I 電池U 輸出100% P輸出 100（ 8）電池I 電解1.481.48I 電解某一輸出電流時(shí)燃料電池的輸出功率相當(dāng)于圖5 中虛線圍出的矩形區(qū)，在使用燃料電池時(shí)，應(yīng)根據(jù)伏安特性曲線，選擇適當(dāng)?shù)?/p>

3、負(fù)載匹配，使效率與輸出功率達(dá)到最大。實(shí)驗(yàn)時(shí)讓電解池輸入電流保持在300mA，關(guān)閉風(fēng)扇。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。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2 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)定后記錄電壓電流值。負(fù)載電阻猛然調(diào)得很低時(shí)，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(shí)間。為避免出現(xiàn)這種情況，輸出電流高于

4、 210mA后，每次調(diào)節(jié)減小電阻0.5， 輸出電流高于240mA后，每次調(diào)節(jié)減小電阻0.2，每測量一點(diǎn)的平衡時(shí)間稍長一些（約需5 分鐘） 。穩(wěn)定后記錄電壓電流值。表 2 燃料電池輸出特性的測量電解電流mA輸出電壓U（ V）0.9 00.850.8 00.750.7 0輸出電流I（ mA）0功率P=U I（ mW）0作出所測燃料電池的極化曲線。作出該電池輸出功率隨輸出電壓的變化曲線。該燃料電池最大輸出功率是多少？最大輸出功率時(shí)對應(yīng)的效率是多少？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?！咀⒁馐马?xiàng)】使用前應(yīng)首先詳細(xì)閱讀說明書。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)必須使用去離子水或二次蒸餾水，

5、容器必須清潔干凈，否則將損壞系統(tǒng)。PEM電解池的最高工作電壓為6V， 最大輸入電流為1000mA， 否則將極大地傷害 PEM電解池。PEM電解池所加的電源極性必須正確，否則將毀壞電解池并有起火燃燒的可能。絕不允許將任何電源加于PEM燃料電池輸出端，否則將損壞燃料電池。氣水塔中所加入的水面高度必須在上水位線與下水位線之間，以保證PEM 燃料電池正常工作。該系統(tǒng)主體系有機(jī)玻璃制成，使用中需小心，以免打壞和損傷。太陽能電池板和配套光源在工作時(shí)溫度很高，切不可用手觸摸，以免被 燙傷。絕不允許用水打濕太陽能電池板和配套光源，以免觸電和損壞該部件。配套“可變負(fù)載”所能承受的最大功率是1W，只能使用于該實(shí)驗(yàn)

6、系統(tǒng)中。電流表的輸入電流不得超過2A，否則將燒毀電流表。電壓表的最高輸入電壓不得超過25V，否則將燒毀電壓表。實(shí)驗(yàn)時(shí)必須關(guān)閉兩個氣水塔之間的連通管。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格：壓強(qiáng):1009.0hpa溫度:24.51 電解池特性測量表 1 電解池的特性測量輸入電流I（ A）輸入電壓（ V）時(shí)間t（秒）電量It（庫侖）氫氣產(chǎn)生量 測量值 （升）氫氣產(chǎn)生量 理論值0 101.9042042.00.0050.00530 201.9620641.20.0050.00540 302.0114042.00.0050.00532 燃料電池輸出特性的測量輸出電壓U/V輸出電流0.9590.90.850.80.750.70.689I/mA01.35.826.686.9161.4181功率P/mW01.174.9321.2865.175112.98124.709表 2 燃料電池輸出特性的測量300 mA0.6750.675204137.70.657233153.0810.643273175.5390.557273152.0610.499273136.2270.447273122.