氫氧燃料電池能量轉換實驗裝置

氫氧燃料電池能量轉換實驗裝置是一套專為 再生能源與能源轉換教學 設計的實驗設備，適合國高中自然科及大學基礎能源課程使用。實驗流程從 太陽能板產生電能 開始，透過電解槽將水分解為 氫氣與氧氣（化學能），再利用 燃料電池將氫氣轉換為電能，實際驅動負載（風扇或 LED）。 學生可清楚觀察並分析 太陽能 → 電能 → 化學能 → 電能 的完整能量轉換歷程，對應 綠色能源與氫能應用、永續發展與探究實作課程。本裝置可進一步搭配 PASCO 無線感應器，擴展為數位化量測實驗，進行定量分析與效率比較。

• 完整能量轉換示範: 清楚演示太陽能、電能、化學能與電能之間的轉換，適合再生能源與能源教育課程。
• 同步收集氫氣與氧氣: 透過電解槽同時產生氫氣與氧氣，協助學生理解水電解反應與能量轉換效率。
• 兩種能量輸出方式: 可使用風扇或 LED 作為負載，直觀呈現燃料電池的實際應用。
• 可擴充數位量測實驗: 推薦另外搭配 PASCO 無線電壓感應器 PS-3211A 與無線電流感應器 PS-3212，結合紀錄與分析軟體進行數位量測，以此了解輸出的特性。
• 對應永續發展與綠色能源議題: 以氫能與燃料電池為核心，培養學生對能源轉型與低碳技術的科學理解。

實驗示意圖

燃料電池的消費者可選擇驅動風扇或是LED (示意圖)

需另備設備（未包含，依實驗需求）

• 燈源（建議 100 W）
• 米尺（至少可量測 1 公尺）
• 可變電阻（至少 0.2–28 Ω，用於最大功率點實驗）
• 電源供應器（1.5–3 V，700 mA，用於直接電解）

• 國高中物理／化學教師: 再生能源、氫能、燃料電池、能量轉換、探究實作課程
• 大學基礎能源與工程相關課程: 綠色能源、能源效率分析、燃料電池原理與實驗

可進行實驗

太陽能電池的電流–電壓特性（I–V）與功率–電壓特性（P–V）

• 分析太陽能電池的輸出特性
• 探究光照條件與輸出功率的關係

太陽能電池板的最大功率點匹配

• 搭配可變電阻，尋找最大功率點
• 連結能源效率與工程應用概念

電解槽的電解效率分析

• 比較理論與實際氫氣產生量
• 計算法拉第效率與能量效率

燃料電池的反應效率

• 量測氫氣消耗量
• 分析燃料電池的能量轉換效率

範例實驗數據

以下為Capstone參考示意圖: 

1.太陽能電池的電流電壓特性與功率電壓特性

以此探索最大功率

2.電解槽的電解效率

參考分析：實際氫氣產生的量為V=20ml

理論氫氣值為

法拉第效率

能量效率

3.燃料電池的反應效率

參考分析：實驗中氫氣消耗20ml

理論消耗

法拉第效率

能量效率