质子交换膜燃料电池教具
本质子交换膜燃料电池教具是一个集成了光能-电能-化学能-电能-动能转换的完整演示与教学系统。它通过直观的现象，生动展示了可再生能源制氢、储氢及氢燃料电池发电的全过程，是理解清洁能源技术，特别是氢能关键技术的理想教学工具。
一、 教具系统结构概述
该教具采用模块化设计，结构清晰，便于教学演示与学生理解，主要包含以下部分：
A. 太阳能电池模块：模拟可再生能源发电，为整个系统提供启动电能。
B. 电解电池模块（PEM电解槽）：核心组件，利用电能将水电解，产生氢气与氧气。
C. 储气罐：分别储存电解产生的氢气与氧气。
D. 发电电池模块（质子交换膜燃料电池）：核心组件，利用储存的氢气与氧气进行电化学反应发电。
E. 风扇（负载）：直观展示燃料电池的输出电能。
F. 显示仪表：用于监测电压、电流等关键电参数。
G. 测试导轨：方便各模块的集成、连接与布局。
二、 教具工作原理简介
本质子交换膜燃料电池教学仪清晰地揭示了水电解与其逆反应——燃料电池发电的完整循环：
光伏发电：光源照射太阳能电池板产生直流电。
PEM电解水制氢：电能输送至质子交换膜电解电池模块。该模块是一种将电能转化为化学能的装置，在直流电作用下，于质子交换膜两侧发生反应：阴极（负极）产生氢气（2H⁺ + 2e⁻ → H₂），阳极（正极）产生氧气（H₂O → 2H⁺ + ½O₂ + 2e⁻）。生成的气体被收集至对应储罐。
燃料电池发电：储存的氢气与氧气被导入质子交换膜燃料电池发电模块。在这里发生逆反应（H₂ + ½O₂ → H₂O），将氢气的化学能直接、高效地转化为电能，从而驱动风扇运转。
教学价值：通过此燃料电池实验教具，学生可直观理解：
质子交换膜在电解与发电中的核心介质作用。
燃料电池作为一种高效、清洁的发电技术，其工作原理（与内燃机相比，具备能量转化效率高、零污染排放的显著优势）。
可再生能源（太阳能）制氢、储氢与用氢的完整技术链条。
三、 安全操作注意事项（核心）
为保证质子交换膜燃料电池教具的使用安全与寿命，请严格遵守以下规定：
◆ 电解电池模块（PEM电解槽）
用水要求：必须且只能使用去离子水，以防止杂质损坏质子交换膜。
使用前准备：每次实验前，需用去离子水浸泡电极至少10分钟，确保膜电极充分湿润。
电气连接：连接直流电源时，务必确保正负极正确，接反将导致模块永久性损坏。最大工作电流不得超过0.6A。
实验后维护：实验结束后，须将电池模块内的存水彻底清除。
储存：不使用时，应将电解模块存放于密封的自封袋中，保持湿润状态。
◆ 发电电池模块（质子交换膜燃料电池）
禁止反灌：严禁在燃料电池的输出端施加任何外部电压。
储存：使用完毕，应将其放入自封袋中密封保存。
短路操作：禁止长时间短路输出端，仅可进行瞬时短路测试。
四、 教具使用操作步骤
请按以下流程使用本质子交换膜燃料电池教学系统：
系统组装：将所有模块按逻辑示意图在测试导轨上就位。
连接气路：使用配套的透明软管，将电解模块的气体出口与储气罐接口可靠连接。
系统注水：通过储罐向电解电池模块内注入去离子水，确保其内部充满水且无气泡。
启动电解：将太阳能电池板的正、负极分别对应连接至电解电池的正、负极输入端。用强光源照射太阳能电池板，可观察到电解模块两侧产生气泡（氢气、氧气）。
发电演示：电解数分钟，储气罐内聚集足够气体后，将风扇（负载）的正、负极导线连接至发电电池模块的输出端。此时，质子交换膜燃料电池开始发电，驱动风扇转动，直观演示了氢能到电能的转化
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