近代物理实验讲义燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC).doc

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及操作说明书(DOC)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)9/9近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)应当指出,(6),(7)式的计算对燃料电池同样合用,可是其中的I代表燃料电池输出电流,近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)9/9近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)V氢气代表燃料耗资量,V水代表电池中水的生成量。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联电流表后接入电解池,将电压表并联到电解池两端。将气水塔输气管止水夹关闭,调治恒流源输出到最大(旋钮顺时针旋转终究),让电解池迅速的产生气体。当气水塔基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,排出气水塔基层的空气。这样屡次2~3次后,气水塔基层的空气基本排尽,剩下的就是纯净的氢气和氧气了。依照表1中的电解池输入电流大小,调治恒流源的输出电流,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,电压及产生必然体积的气体的时间,记入表1中。表1电解池的特点测量氢气产生量氢气产生量输入电流I(A)输入电压(V)时间t(秒)电量It(库仑)测量值(升):燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)9/9近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)世纪中科第6页(共8页)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。若无论输入电压与电流大小,氢气产生量只与电量成正比,且测量值与理论值凑近,即考据了法拉第定律。2、燃料电池输出特点的测量电压在必然的温度与气体压力下,,,如图5所示。,,电流作横坐标。,,。电流实质燃料的能量不能能全部变换成电能,图5燃料电池的极化特点曲线比方总有一部分能量变换成热能,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,主若是由于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耗费掉,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,主若是电子经过电极资料及各种连接部件,离子经过电解质的阻力引起的,这种电压降与电流成比率,因此被称为欧姆极化区。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别,燃料电池的效率为:I电池U输出=P输出%(8)%,在使用燃料电池时,应依照伏安特点曲线,选择合适的负载般配,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,电压牢固后记录开路电压值。将电流量程按钮切换到200mA。可变负载调至最大,电流测量端口与可变负载串联后接入燃料电池输出端,改变负载电阻的大小,使输出电压值如表2所示(输出电压值可能无法精确到表中所示数值,只需周边即可),牢固后记录电压电流值。负载电阻突然调得很低时,电流会突然升到很高,甚至高出电解电流值,这种情况是不稳定的,重新恢复牢固需较长时间。为防备出现这种情况,输出电流高于210mA后,,输出电流高于240mA后,,每测量一点的平衡时间稍长一些(约需5分钟)。牢固后记录电压电流值。表2燃料电池输出特点的测量电解电流=mA输出电压U(V)(mA)0功率P=U×I(mW)0作出所测燃料电池的极化曲线。作出该电池输出功率随输出电压的变化曲线。该燃料电池最大输出功率是多少?最大输出功率时对应的效率是多少?实验达成,关闭燃料电池与气水塔之间的氢气氧气连接开关,切断电解池输入电源。近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)14/9近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)世纪中科第7页(共8页)3、太阳能电池的特点测量在必然的光照条件下,改变太阳能电池负载电阻的大小,测量输出电压与输出电流之间的关系,如图6所示。近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)15/9近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)Uoc代表开路电压,Isc代表短路电流,图4中虚线围出的面积为太阳能电池的输出功率。与最大功率对应的电压称为最大工作电压Um,对应的电流称为最大工作电流Im。表征太阳能电池特点的基本参数还包括光谱响应特点,光电变换效率,填充因子等。填充因子FF定义为:FFUmImUocIscIscImUmUocU图6太阳能电池的伏安特点曲线9)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)9/9近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)它是议论太阳能电池输出特点利害的一个重要参数,它的值越高,表示太阳能电池输出特点越趋近于矩形,电池的光电变换效率越高。将电流测量端口与可变负载串联后接入太阳能电池的输出端,将电压表并联到太阳能电池两端。保持光照条件不变,改变太阳能电池负载电阻的大小,测量输出电压电流值,并计算输出功率,记入表3中。表3太阳能电池输出特点的测量输出电压U(V)输出电流I(mA)功率P=U×I(mW)作出所测太阳能电池的伏安特点曲线。作出该电池输出功率随输出电压的变化曲线。该太阳能电池的开路电压Uoc,短路电流Isc是多少?最大输出功率pm是多少?最大工作电压Um,最大工作电流Im是多少?填充因子FF是多少?【注意事项】使用前应第一详细阅读说明书。该实验系统必定使用去离子水或二次蒸馏水,容器必定干净干净,否则将损坏系统。,最大输入电流为1000mA,否则将极大地伤害PEM电解池。PEM电解池所加的电源极性必定正确,,否则将损坏电解池并有起火燃烧的可能。绝不同样意将任何电源加于PEM燃料电池输出端,否则将损坏燃料电池。,以保证PEM燃料电池正常工作。该系统主系统有机玻璃制成,使用中需小心,省得打坏和伤害。太阳能电池板和配套光源在工作时温度很高,切不能用手触摸,省得被烫伤。绝不同样意用水打湿太阳能电池板和配套光源,省得触电和损坏该部件。配套“可变负载”所能承受的最大功率是1W,只能使用于该实验系统中。近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)9/9近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)世纪中科第8页(共8页)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)18/9近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)电流表的输入电流不得高出2A,否则将烧毁电流表。电压表的最高输入电压不得高出25V,否则将烧毁电压表。实验时必定关闭两个气水塔之间的连通管。近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)9/9近代物理实验讲义:燃料电池综合实验指导及操作说明书(DOC)