1、氢氧燃料电池性能测试实验报告学号： 1141440057 姓名： 冯铖炼 指导老师： 索艳格 实验目的1. 了解燃料电池工作原理2. 通过记录电池的放电特性，熟悉燃料电池极化特性3. 研究燃料电池功率和放电电流、燃料浓度的关系4. 熟悉电子负载、直流电源的操作 工作原理氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原 电池的工作原理相同。氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同 时向氧电极供应氧气。 氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。 这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，
2、这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子 H+和电子 e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同 电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂 全部储藏在电池内的装置氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器 氢气和氧气都可以由电池外提供燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从 这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似
3、的。但是，它工作时 需要连续地向其供给反应物质燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的“发电机“。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，2013 年正发展为直接使用固体的电解质。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气）。氢在负极分解成正离子 H+和电子 e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同 电解液中的氢离子吸收抵达正极上的
4、电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙。燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种“发电 机“ 。一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如 氢氧燃料电池有酸式和碱式两种：若电解质溶液是碱、盐溶液则负极反应式为： 正极反应式为： 若电解质溶液是酸溶液则负极反应式为： 正极反应式为： 总反应方程式为： 在碱溶液中，不可能有
5、 H+出现，在酸溶液中，不可能出现 OH。 实验步骤 连接电子负载，测量开路电压将燃料电池阴阳极与电子负载正负极连接，打开电子负载电源来测量电池的开路电压。 打开电扇，抽入空气（13.68V ，0.4A）将小电扇接入直流稳压电源，叶片转动将空气抽入燃料电池阳极，其中空气中的氧气讲参与化学反应。 通入氮气，排除空气，营造惰性环境为了排除杂质气体对燃料电池内反应的干扰，实验前先打开氮气瓶阀门，使氮气通入燃料电池内部，创造惰性气体环境。 通入氢气，参与反应（0.38m 3/h）打开氢气瓶的阀门，氢气通过转子流量计后进入燃料电池阴极。通过控制阀门开度和观察流量计读书来控制氢气浓度。 等待电压稳定，记录
6、电压初始电池内部化学反应未达到稳态，电池的开路电压持续上升。等待将近 3 分钟，开路电压趋于 稳定， 记录此时的电压为 燃料的开路电压。 设定放电电流，记录电压在电子负载上设定恒电流放电，待电压稳定后记录数据。逐渐升高放 电电流， 记录数据。 控制变量，多组实验对比改变电扇功率或氢气流量测量多组数据。 实验数据（由于本组学生方灿同学弄丢了一组数据，造成对照实验数据不完整，请见谅！）表 1 实验控制条件参数表实验一 实验二 实验三风扇（W） 5.472 1.438 1.763氢 气流速（m3/h） 0.38 0.1 0.1开路电压(V) 17.4 12.16 12.06不同实验之间通过调整风扇功
7、率、氢气流速得出多组不同数据。图 1图形分析：图中三条曲线中存在两个阶段，第一阶段迅速下降，第二阶段下降缓慢。 说明在电流较小时，电流增加，电压迅速下降；到达阶 段 2 后， 电压下降变得缓慢。理论分析：理论上燃料电池的极化曲线存在三个阶段（骤降-平缓-骤降），但是实验数据做出的曲线并没有体现这一理论现象。其原因可能有二点： 实验数据采集不足，放电电流的设定还没有达到阶段 3 的电流值。氢 气流量不稳，氢气流量波动会导致实验数据采集出现问题。结论： ：当氢气浓度不变时，氧气浓度较高一组，在相同放电电流下，工作电 压较大。 ：燃料浓度高的电池，电池的开路电压和工作电压比浓度低的要高。图 2图形分析：图中曲线呈对数增长趋势，其曲线高度由高到低排列依次是实验一、实验三和实验二。理论分析：理论上燃料电池的输出功率应该存在一个峰值，但是实验数据中并没有出现这个现象，其原因和图一的分析一致。结论： 燃料的浓度越高，电池的输出功率越高。 电池的输出功率随放电电流上升而变大，但是上升趋于平缓。
