燃料电池综合实验 马新鑫 物基 2011301020001 【实验目的】 1.了解燃料电池的工作原理； 2.观察仪器的能量转换过程； 3.测量燃料电池输出特性，作出所测燃料电池的伏安特性（极化）曲线，电池输出功率随输出电压的变化曲线； 4.测量质子交换膜电解池的特性，验证法拉第电解定律。 【实验原理】 1 、燃料电池 主要包括三部分：质子交换膜、催化层、阳极和阴极。 质子交换膜，它提供氢离子（质子）从阳极到达阴极的通道，而电子或气体不能通过。 催化层是将纳米量级的的铂粒子用化学或物理的方法附着在质子交换膜表面，厚度约0.03mm，对阳极氢的氧化和阴极氧的还原起催化作用。膜两边的阳极和阴极由石墨化的碳纸或碳布做成，厚度 0.2~ 0.5mm，导电性能良好，其上的微孔提供气体进入催化层的通道，又称为扩散层。 进入阳极的氢气通过电极上的扩散层到达质子交换膜。氢分子在阳极催化剂的作用下解离为2 个氢离子，即质子，并释放出 2 个电子，阳极反应为： H2 = 2H++2e 氢离子以水合质子 H+（nH2O）的形式，通过质子交换膜到达阴极，实现质子导电。在电池的另一端，氧气或空气通过阴极扩散层到达阴极催化层，在阴极催化层的作用下，氧与氢离子和电子反应生成水，阴极反应为： O2+4H++4e = 2H2O 阴极反应使阴极缺少电子而带正电，结果在阴阳极间产生电压，在阴阳极间接通外电路，就可以向负载输出电能。总的化学反应如下： 2H2＋O2 = 2H2O 理论分析表明，若不考虑电解器的能量损失，在电解器上加1.48 伏电压就可使水分解为氢气和氧气，实际由于各种损失，输入电压高于1.6 伏电解器才开始工作。 电解器的效率为： 1.48100%U电解输入 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： 22.42ItVF氢气 式中F = e N = 9.65×104 库仑/摩尔为法拉第常数，e = 1.602×10-19 库仑为电子电量，N = 6.022×1023 为阿伏伽德罗常数，It/2F 为产生的氢分子的摩尔（克分子）数，22.4 升为标准状态下气体的摩尔体积。 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： 0273.1622.4273.162PTItVPF氢气 式中P0为标准大气压。 电解器的效率为： 1.48100%U电解输入 2 、水的电...
