實驗原理
氫氧燃料電池以氫氣作燃料為還原劑,氧氣作氧化劑,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,向氫電極供應(yīng)氫氣,同時向氧電極供應(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。這時在氫電極上有多余的電子而帶負電,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)過程就能連續(xù)進行。 工作時向負極供給燃料(氫),向正極供給氧化劑(氧氣)。氫在負極上的催化劑的作用下分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中,而電子則沿外部電路移向正極。用電的負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正極上的電子形成水。這正是水的電解反應(yīng)的逆過程。
太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏應(yīng)。所謂光生伏應(yīng)就是當物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。當太陽光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。當光照射到PN結(jié)上時，產(chǎn)生電子--空穴對，在半導(dǎo)體內(nèi)部P-N結(jié)附近生成的載流子沒有被復(fù)合而到達空間電荷區(qū)，受內(nèi)部電場的吸引，電子流入N區(qū)，空穴流入P區(qū)，結(jié)果使N區(qū)儲存了過剩的電子，P區(qū)有過剩的空穴。它們在P-N結(jié)附近形成與勢壘方向相反的光生電場。光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負電，在N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動勢，這就是光生伏應(yīng)。
儀器概述
本實驗通過碘鎢燈模擬太陽光，照射到太陽能電池板發(fā)電，然后驅(qū)動質(zhì)子交換膜電解槽分解氫氣和氧氣，并通過儲氣罐保存氫氣和氧氣，然后再用氫氧燃料電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能，驅(qū)動風(fēng)扇和LED燈。太陽能電池還可以通過太陽能控制器給蓄電池充電，并驅(qū)動直流負載、DC-DC電源模塊、逆變器交流負載等。
儀器特點
采用積木式設(shè)計，學(xué)生可以自行組裝儲氣管、電解模塊、燃料電池模塊等元器件；培養(yǎng)學(xué)生的實驗構(gòu)建及動手能力；
本實驗包含多個能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，將燃料電池和太陽能電池有機的組合起來，形成了完整的能量轉(zhuǎn)換、儲存、使用的鏈條。
多種多樣的太陽能電池負載模塊：
便捷的數(shù)據(jù)采集接口：實驗電源配置3個模擬數(shù)據(jù)采集接口，可以連接電壓傳感器和PASCO數(shù)據(jù)采集軟件，可以實時地采集大量的數(shù)據(jù)來分析測試結(jié)果，方便、快捷、高效地完成實驗內(nèi)容。
實驗內(nèi)容與典型實驗數(shù)據(jù)
太陽能電池的輸出特性：電流- 電壓特性與功率- 電壓特性
氫氧燃料電池的輸出特性
超級電容的充電特性
部件列表
| 部件清單 | 型號# | 數(shù)量 | |
| 1 | 直流電壓電流表Ⅱ，20V/2A | BEM-5057 | 1 |
| 2 | 氫氧燃料電池實驗裝置 | BEM-5031 | 1 |
| 3 | 太陽能控制及應(yīng)用系統(tǒng) | BEM-5735 | 1 |
| 4 | 太陽能電池，12V/5W | BC-105263 | 1 |
| 5 | 鹵鎢燈光源及支架 | BC-105265 | 1 |
| 6 | 直流電阻箱，0-99999.9Ω | ZX21 | 1 |
選配件和自配件
| 描述 | 型號 | 數(shù)量 |
| PASCO 550 接口或電壓傳感器 | UI-5001 | 1 |
| PASCO Capstone 軟件 | UI-5400 | 1 |
| 自備電腦，Windows系統(tǒng) | 1 |
