氫氧燃料電池性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、氫氧燃料電池性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)號(hào)：姓名：馮鋮煉指導(dǎo)老師：索艷格一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解燃料電池工作原理2. 通過記錄電池的放電特性，熟悉燃料電池極化特性3. 研究燃料電池功率和放電電流、燃料濃度的關(guān)系4. 熟悉電子負(fù)載、直流電源的操作二、工作原理氫氧燃料電池以氫氣作燃料為還原劑，氧氣作氧化劑 氫氧燃料電池，通過燃料的 燃燒反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵?，與原電池的工作原理相同。氫氧燃料電池工作時(shí)，向氫電極供應(yīng)氫氣，同時(shí)向氧電極供應(yīng)氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質(zhì)生成水。這時(shí)在氫電極上有多余的電子而帶負(fù) 電，在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后，這一類似于燃燒的反應(yīng)過程就 能

2、連續(xù)進(jìn)行。工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（氧氣）。氫在負(fù)極上的催化劑 的作用下分解成正離子H+和電子e-。氫離子進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移 向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，氧氣同電解液中的氫離子吸收抵 達(dá)正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。氫氧燃料電池不需要將還原劑和氧化劑全部?jī)?chǔ)藏在電池內(nèi)的裝置氫氧燃料電池的反應(yīng)物都在電池外部它只是提供一個(gè)反應(yīng)的容器氫氣和氧氣都可以由電池外提供燃料電池是一種化學(xué)電池，它利用物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 時(shí)釋出的能量，直接將其變換為電能。從這一點(diǎn)看，它和其他化學(xué)電池如鋅錳干電 池、鉛蓄電池等是類似的。但是，它工作時(shí)需要連續(xù)地向

3、其供給反應(yīng)物質(zhì)一一燃料和 氧化劑，這又和其他普通化學(xué)電池不大一樣。由于它是把燃料通過化學(xué)反應(yīng)釋出的能 量變?yōu)殡娔茌敵?，所以被稱為燃料電池。具體地說，燃料電池是利用水的電解的逆反應(yīng)的 "發(fā)電機(jī)"。它由正極、負(fù)極和夾 在正負(fù)極中間的電解質(zhì)板所組成。最初，電解質(zhì)板是利用電解質(zhì)滲入多孔的板而形 成，2013年正發(fā)展為直接使用固體的電解質(zhì)。工作時(shí)向負(fù)極供給燃料（氫），向正極供給氧化劑（空氣，起作用的成分為氧 氣）。氫在負(fù)極分解成正離子 H+和電子e-。當(dāng)氫離子進(jìn)入電解液中，而電子就沿外部 電路移向正極。用電的負(fù)載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的 氫離子吸收抵達(dá)正極上

4、的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。此過程水可以 得到重復(fù)利用，發(fā)電原理與可夜間使用的太陽(yáng)能電池有異曲同工之妙。燃料電池的電極材料一般為惰性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極、活性碳 電極等。利用這個(gè)原理，燃料電池便可在工作時(shí)源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為 一種"發(fā)電機(jī)"。一般來講，書寫燃料電池的化學(xué)反應(yīng)方程式，需要高度注意電解質(zhì)的酸堿性。 在正、負(fù)極上發(fā)生的電極反應(yīng)不是孤立的，它往往與電解質(zhì)溶液緊密聯(lián)系。如氫一氧 燃料電池有酸式和堿式兩種：若電解質(zhì)溶液是堿、鹽溶液則負(fù)極反應(yīng)式為：-正極反應(yīng)式為： _門：_ ；-二山若電解質(zhì)溶液是酸溶液則負(fù)極反應(yīng)式為：正極反應(yīng)式

5、為：I = 廠-'總反應(yīng)方程式為：='在堿溶液中，不可能有 H出現(xiàn)，在酸溶液中，不可能出現(xiàn) 0比。三、實(shí)驗(yàn)步驟 連接電子負(fù)載，測(cè)量開路電壓將燃料電池陰陽(yáng)極與電子負(fù)載正負(fù)極連接，打開電子負(fù)載電源來測(cè)量電池的開路電壓 打開電扇，抽入空氣（，）將小電扇接入直流穩(wěn)壓電源，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)將空氣抽入燃料電池陽(yáng)極，其中空 氣中的氧氣講參與化學(xué)反應(yīng)。 通入氮?dú)?，排除空氣，營(yíng)造惰性環(huán)境為了排除雜質(zhì)氣體對(duì)燃料電池內(nèi)反應(yīng)的干擾，實(shí)驗(yàn)前先打開氮?dú)馄块y門， 使氮?dú)馔ㄈ肴剂想姵貎?nèi)部，創(chuàng)造惰性氣體環(huán)境。 通入氫氣，參與反應(yīng)（h）打開氫氣瓶的閥門，氫氣通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)后進(jìn)入燃料電池陰極。通過控制 閥門開度和觀察流量計(jì)

6、讀書來控制氫氣濃度。 等待電壓穩(wěn)定，記錄電壓初始電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)未達(dá)到穩(wěn)態(tài)，電池的開路電壓持續(xù)上升。等待將近 3分鐘，開路電壓趨于穩(wěn)定，記錄此時(shí)的電壓為燃料的開路電壓。 設(shè)定放電電流，記錄電壓在電子負(fù)載上設(shè)定恒電流放電，待電壓穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。逐漸升高放 電電流，記錄數(shù)據(jù)。 控制變量，多組實(shí)驗(yàn)對(duì)比改變電扇功率或氫氣流量測(cè)量多組數(shù)據(jù)。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) （由于本組學(xué)生方燦同學(xué)弄丟了一組數(shù)據(jù)，造成對(duì)照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不完整，請(qǐng)見諒?。┍?實(shí)驗(yàn)控制條件參數(shù)表實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)三風(fēng)扇（W氫氣流速（m3/h）開路電壓（V）不同實(shí)驗(yàn)之間通過調(diào)整風(fēng)扇功率、氫氣流速得出多組不同數(shù)據(jù)。圖1圖形分析：圖中三條曲線中存在兩個(gè)階段，第一階段迅速下降，第二階段下降緩慢。說明在電流較小時(shí)，電流增加，電壓迅速下降；到達(dá)階段 2后，電壓下降變得緩慢理論分析：理論上燃料電池的極化曲線存在三個(gè)階段（驟降 -平緩- 驟降），但是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做 出的曲線并沒有體現(xiàn)這一理論現(xiàn)象。其原因可能有二點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集不足，放電 電流的設(shè)定還沒有達(dá)到階段 3的電流值。氫氣流量不穩(wěn)，氫氣流量波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)問題。結(jié)論： ：當(dāng)氫氣濃度不變時(shí)，氧氣濃度較高一組，在相同放電電流下，工作電 壓較大。 ：燃料濃度高的電池，電池的開路電壓和工作電壓比濃度低的要高。圖 2圖形分析：圖中曲線呈對(duì)數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，其曲線高度由高到低排列依次是實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)三和實(shí)