氫氧燃料電池綜述

1、中山大學(xué)物理學(xué)院、東校區(qū)實驗中心編制氫氧燃料電池實驗報告實驗結(jié)果、處理和分析：1、實驗1:根據(jù)光源和太陽能電池的距離以及入射光角度的變化測量太陽能電池的光電流和短路電流（1）實驗數(shù)據(jù)：距離/cm短路電 流/mA開路電 壓/V太陽能電池 內(nèi)阻/ Q563.002.7343.33:1031.20:2.5782.371517.702.47139.552012.802.42189.06257.902.34296.20306.062.29377.89354.48 :2.21493.30 :403.602.15597.22（2）實驗圖像：a. 開路電壓-距離圖像:分析：由圖像可以看出，太陽能電池的開路電壓

2、隨距離的增加而減小，其變化規(guī)律可以在距離 不超過40cm時近似為線性。經(jīng)計算，其斜率大約為-0.0166V/cm 。造成曲線斜率略有起伏的原因可能是實驗中測量時的隨機誤差以及光源與太陽能電池間 的距離和角度有輕微的抖動變化。b. 短路電流-距離圖像:分析：由圖像可以看出，太陽能電池的短路電流隨距離增大而減小，呈明顯的非線性關(guān)系，據(jù) 估計可近似為反比例關(guān)系。利用excel軟件計算出的短路電流（mA與距離（cm）之間的函數(shù)關(guān)系可近似為:_14I =0.707d c. 太陽能電池內(nèi)阻-距離圖像：700.00 n分析：由圖像可以看出，距離越大，太陽能電池的內(nèi)阻越大，提供電能的效率越低。其曲線變化關(guān)系從

3、圖像中無法判斷。（3）總結(jié)：太陽能電池板的空載電壓與電流都隨著距離增大而減小，內(nèi)阻隨著距離增大而增大。即距離越大，太陽能電池板能提供的功率和效率都越低。這里介紹一下太陽能電池的工作原理：太陽能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。所謂光生伏特效應(yīng)就是當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dá)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

4、，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(fù)電，在 N區(qū)和P區(qū)之間的薄層就產(chǎn)生電動勢， 這就是光生伏特效應(yīng)。當(dāng)把能量以光的形式加到純硅中時，它會導(dǎo)致幾個電子脫離其共價鍵并離開原子。每有一個電 子離開，就會留下一個空穴。然后，這些電子會在晶格周圍四處游蕩，尋找另一個空穴來安身。這 些電子被稱為自由載流子，它們可以運載電流。將純硅與磷原子混合起來，只需很少的能量即可使磷原子（最外層五個電子）的某個 多余”的電子逸出，當(dāng)利用磷原子摻雜時， 得到的硅被成為N型（“n” 表示負(fù)電），太陽能電池只有一部分是N型。另

5、一部分硅摻雜的是硼，硼的最外電子層只有三個而不是四個電子，這樣可得到 P型硅。P型硅中沒有自由電子。由于同一光源，光強與距離成反比，即距離越大，光強越小，所以，光源與太陽能電池板的距 離越大，太陽能電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)接受的能量越低，產(chǎn)生的電子-空穴對越少，光生電壓越?。ㄒ噪妷?距離曲線為體現(xiàn)），導(dǎo)電能力越差（以內(nèi)阻-距離圖像為體現(xiàn)），由于電流=電壓/內(nèi)阻，所以短路電流 隨距離增加減小且體現(xiàn)出明顯的非線性。2、實驗3:法拉第第一定律和電解槽電解效率（1）實驗數(shù)據(jù)：氫氣體積/mL時間/S電壓/V電流/mA功率/mW1601.49053.179.119P 17120r 1.49053.279.268 11

6、83601.49053.379.417:19519r 1.49053.379.417206601.49053.379.417218101.49753.379.790229001.49753.479.9402311001.49653.279.587241260P 1.49653.179.4382513951.49653.179.438261536P 1.49662.693.6502716801.50062.693.900:281950r 1.50262.694.025 :2920401.50262.994.4763021301.50282.5123.915(2) 實驗圖像：功率-時間圖像:0.0

7、00 d1111105001000150020002500電流-時間圖像:由圖像可以看出，實驗的前半段時間中，電解池的功率和電流基本不變，在約1400s之后，可能是因為光源與太陽能電池板之間的距離和角度抖動發(fā)生改變，從而使功率和電流變大。實驗中電流與功率隨時間的變化趨勢基本一致，說明電壓是穩(wěn)定的，與測量結(jié)果相符。(3) 計算與分析:Pageof3、實驗4 :法拉第第一定律和燃料電池化合效率（1）實驗數(shù)據(jù)：氫氣體積/mL （標(biāo)記）時間/S電壓/V電流/mA功率/mW1100.74512.539.3350.50.82812.9310.70610.83912.9510.8651.50.84312.9

8、910.95120.846113.0211.0152.50.847P 13.0711.07030.84713.0511.0533.50.84813.0011.02440.84813.0411.0584.50.84812.9510.98250.84713.0611.0625.50.84713.0411.04560.84712.9610.9776.50.84613.0010.99870.846P 13.0411.0327.50.84513.0110.99380.84413.0210.9898.50.84412.9810.95590.84312.9810.9429.50.84212.9510.904

9、100.84112.9510.89110.50.84012.9410.870110.83912.9410.8571011.50.83812.9210.827120.83812.8810.79312.50.83812.9010.810130.83513.0010.85513.50.83412.9310.784140.83712.9110.80614.50.83312.7810.646150.83212.8110.65815.50.83012.8010.624160.82912.8510.65316.50.82812.8810.665170.82712.7410.53617.50.82612.8910.647180.824r 12.8010.54718.50.82312.8410.567190.82212.7310.46419.50.82112.7810.492200.81912.7410.434920.50.81812.7410.421(2) 實驗圖像功率-時間圖像:12.00