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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

1. 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；

2. 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。

3. 多种多样的太阳能电池负载模块：

4. 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

选配件和自配件