氢氧燃料电池培训讲学.docx
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氢氧燃料电池培训讲学
氢氧燃料电池
实验结果、处理和分析：
1、实验1：
根据光源和太阳能电池的距离以及入射光角度的变化测量太阳能电池的光电流和短路电流
（1）实验数据：
距离/cm
短路电流
/mA
开路电压
/V
太阳能电池
内阻/Ω
5
63.00
2.73
43.33
10
31.20
2.57
82.37
15
17.70
2.47
139.55
20
12.80
2.42
189.06
25
7.90
2.34
296.20
30
6.06
2.29
377.89
35
4.48
2.21
493.30
40
3.60
2.15
597.22
（2）实验图像：
a.开路电压-距离图像：
分析：
由图像可以看出，太阳能电池的开路电压随距离的增加而减小，其变化规律可以在距离不超过40cm时近似为线性。
经计算，其斜率大约为-0.0166V/cm。
造成曲线斜率略有起伏的原因可能是实验中测量时的随机误差以及光源与太阳能电池间的距离和角度有轻微的抖动变化。
b.短路电流-距离图像：
分析：
由图像可以看出，太阳能电池的短路电流随距离增大而减小，呈明显的非线性关系，据估计可近似为反比例关系。
利用excel软件计算出的短路电流（mA）与距离（cm）之间的函数关系可近似为：
c.太阳能电池内阻-距离图像：
分析：
由图像可以看出，距离越大，太阳能电池的内阻越大，提供电能的效率越低。
其曲线变化关系从图像中无法判断。
（3）总结：
太阳能电池板的空载电压与电流都随着距离增大而减小，内阻随着距离增大而增大。
即距离越大，太阳能电池板能提供的功率和效率都越低。
这里介绍一下太阳能电池的工作原理：
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。
当把能量以光的形式加到纯硅中时，它会导致几个电子脱离其共价键并离开原子。
每有一个电子离开，就会留下一个空穴。
然后，这些电子会在晶格周围四处游荡，寻找另一个空穴来安身。
这些电子被称为自由载流子，它们可以运载电流。
将纯硅与磷原子混合起来，只需很少的能量即可使磷原子（最外层五个电子）的某个“多余”的电子逸出，当利用磷原子掺杂时，得到的硅被成为N型（“n”表示负电），太阳能电池只有一部分是N型。
另一部分硅掺杂的是硼，硼的最外电子层只有三个而不是四个电子，这样可得到P型硅。
P型硅中没有自由电子。
由于同一光源，光强与距离成反比，即距离越大，光强越小，所以，光源与太阳能电池板的距离越大，太阳能电池内部结构接受的能量越低，产生的电子-空穴对越少，光生电压越小（以电压-距离曲线为体现），导电能力越差（以内阻-距离图像为体现），由于电流=电压/内阻，所以短路电流随距离增加减小且体现出明显的非线性。
2、实验3：
法拉第第一定律和电解槽电解效率
（1）实验数据：
氢气体积/mL
时间/s
电压/V
电流/mA
功率/mW
16
0
1.490
53.1
79.119
17
120
1.490
53.2
79.268
18
360
1.490
53.3
79.417
19
519
1.490
53.3
79.417
20
660
1.490
53.3
79.417
21
810
1.497
53.3
79.790
22
900
1.497
53.4
79.940
23
1100
1.496
53.2
79.587
24
1260
1.496
53.1
79.438
25
1395
1.496
53.1
79.438
26
1536
1.496
62.6
93.650
27
1680
1.500
62.6
93.900
28
1950
1.502
62.6
94.025
29
2040
1.502
62.9
94.476
30
2130
1.502
82.5
123.915
（2）实验图像：
功率-时间图像：
电流-时间图像：
由图像可以看出，实验的前半段时间中，电解池的功率和电流基本不变，在约1400s之后，可能是因为光源与太阳能电池板之间的距离和角度抖动发生改变，从而使功率和电流变大。
实验中电流与功率随时间的变化趋势基本一致，说明电压是稳定的，与测量结果相符。
（3）计算与分析：
3、实验4：
法拉第第一定律和燃料电池化合效率
（1）实验数据：
氢气体积/mL
（标记）
时间/s
电压/V
电流/mA
功率/mW
11
0
0.745
12.53
9.335
0.5
0.828
12.93
10.706
1
0.839
12.95
10.865
1.5
0.843
12.99
10.951
2
0.846
13.02
11.015
2.5
0.847
13.07
11.070
3
0.847
13.05
11.053
3.5
0.848
13.00
11.024
4
0.848
13.04
11.058
4.5
0.848
12.95
10.982
5
0.847
13.06
11.062
5.5
0.847
13.04
11.045
6
0.847
12.96
10.977
6.5
0.846
13.00
10.998
7
0.846
13.04
11.032
7.5
0.845
13.01
10.993
8
0.844
13.02
10.989
8.5
0.844
12.98
10.955
9
0.843
12.98
10.942
9.5
0.842
12.95
10.904
10
0.841
12.95
10.891
10.5
0.840
12.94
10.870
11
0.839
12.94
10.857
10
11.5
0.838
12.92
10.827
12
0.838
12.88
10.793
12.5
0.838
12.90
10.810
13
0.835
13.00
10.855
13.5
0.834
12.93
10.784
14
0.837
12.91
10.806
14.5
0.833
12.78
10.646
15
0.832
12.81
10.658
15.5
0.830
12.80
10.624
16
0.829
12.85
10.653
16.5
0.828
12.88
10.665
17
0.827
12.74
10.536
17.5
0.826
12.89
10.647
18
0.824
12.80
10.547
18.5
0.823
12.84
10.567
19
0.822
12.73
10.464
19.5
0.821
12.78
10.492
20
0.819
12.74
10.434
9
20.5
0.818
12.74
10.421
（2）实验图像
功率-时间图像：
电流-时间图像：
由图像可以看出，燃料电池反应时的功率和电流从开始后迅速升到稳定状态，并分别一直保持在10-11mW与12-13mA，比较稳定。
（3）计算与分析
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