氢氧燃料电池.doc

中山大学物理学院、东校区实验中心编制 氢氧燃料电池 实验报告实验结果、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/563.00 2.7343.33 1031.20 2.5782.37 1517.70 2.47139.55 2012.80 2.42189.06 257.90 2.34296.20 306.06 2.29377.89 354.48 2.21493.30 403.60 2.15597.22 （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/mW1601.490 53.179.119 171201.490 53.279.268 183601.490 53.379.417 195191.490 53.379.417 206601.490 53.379.417 218101.497 53.379.790 229001.497 53.479.940 2311001.496 53.279.587 2412601.496 53.179.438 2513951.496 53.179.438 2615361.496 62.693.650 2716801.500 62.693.900 2819501.502 62.694.025 2920401.502 62.994.476 3021301.502 82.5123.915 （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/mW1100.745 12.53 9.335 0.50.828 12.93 10.706 10.839 12.95 10.865 1.50.843 12.99 10.951 20.846 13.02 11.015 2.50.847 13.07 11.070 30.847 13.05 11.053 3.50.848 13.00 11.024 40.848 13.04 11.058 4.50.848 12.95 10.982 50.847 13.06 11.062 5.50.847 13.04 11.045 60.847 12.96 10.977 6.50.846 13.00 10.998 70.846 13.04 11.032 7.50.845 13.01 10.993 80.844 13.02 10.989 8.50.844 12.98 10.955 90.843 12.98 10.942 9.50.842 12.95 10.904 100.841 12.95 10.891 10.50.840 12.94 10.870 110.839 12.94 10.857 1011.50.838 12.92 10.827 120.838 12.88 10.793 12.50.838 12.90 10.810 130.835 13.00 10.855 13.50.834 12.93 10.784 140.837 12.91 10.806 14.50.833 12.78 10.646 150.832 12.81 10.658 15.50.830 12.80 10.624 160.829 12.85 10.653 16.50.828 12.88 10.665 170.827 12.74 10.536 17.50.826 12.89 10.647 180.824 12.80 10.547 18.50.823 12.84 10.567 190.822 12.73 10.464 19.50.821 12.78 10.492