实验原理
氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂,氧气作氧化剂,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,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。
太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时,物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时,就会在PN结的两边出现电压,叫做光生电压。当光照射到PN结上时,产生电子--空穴对,在半导体内部P-N结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区,受内部电场的吸引,电子流入N区,空穴流入P区,结果使N区储存了过剩的电子,P区有过剩的空穴。它们在P-N结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外,还使P区带正电,N区带负电,在N区和P区之间的薄层就产生电动势,这就是光生伏特效应。
仪器概述
本实验通过碘钨灯模拟太阳光,照射到太阳能电池板发电,然后驱动质子交换膜电解槽分解氢气和氧气,并通过储气罐保存氢气和氧气,然后再用氢氧燃料电池将化学能转换成电能,驱动风扇和LED灯。太阳能电池还可以通过太阳能控制器给蓄电池充电,并驱动直流负载、DC-DC电源模块、逆变器交流负载等。
仪器特点
采用积木式设计,学生可以自行组装储气管、电解模块、燃料电池模块等元器件;培养学生的实验构建及动手能力;
本实验包含多个能量转换环节,将燃料电池和太阳能电池有机的组合起来,形成了完整的能量转换、储存、使用的链条。
多种多样的太阳能电池负载模块:
便捷的数据采集接口:实验电源配置3个模拟数据采集接口,可以连接电压传感器和PASCO数据采集软件,可以实时地采集大量的数据来分析测试结果,方便、快捷、高效地完成实验内容。
实验内容与典型实验数据
太阳能电池的输出特性:电流- 电压特性与功率- 电压特性
氢氧燃料电池的输出特性
超级电容的充电特性
部件列表
部件清单 | 型号# | 数量 | |
1 | 直流电压电流表Ⅱ,20V/2A | BEM-5057 | 1 |
2 | 氢氧燃料电池实验装置 | BEM-5031 | 1 |
3 | 太阳能控制及应用系统 | BEM-5735 | 1 |
4 | 太阳能电池,12V/5W | BC-105263 | 1 |
5 | 卤钨灯光源及支架 | BC-105265 | 1 |
6 | 直流电阻箱,0-99999.9Ω | ZX21 | 1 |
选配件和自配件
描述 | 型号 | 数量 |
PASCO 550 接口或电压传感器 | UI-5001 | 1 |
PASCO Capstone 软件 | UI-5400 | 1 |
自备电脑,Windows系统 | 1 |