一、核心摘要

PEM电解制氢-燃料电池直连发电实验系统是新能源科学与工程、储能科学与工程、能源与动力工程、电气工程及其自动化、化学工程与工艺等专业的重要教学实训平台。通过纯水PEM电解制氢演示实验、实时制氢流量特性测试、燃料电池氢能发电实验、电气负载特性实验、光电/电能-氢能-电能转化效率测定、变工况能量损耗分析等实验，学生可借助本系统直观理解“电能制氢、氢能发电”的绿色氢能闭环转化机理，掌握质子交换膜电解与燃料电池的核心工作规律，动手完成氢能制备、发电输出、参数测定与工况对比实验，提升氢能储能实操应用与新能源系统工程分析能力。

二、什么是电解氢燃料电池实验系统

1.定义

PEM电解制氢-燃料电池直连发电实验系统是一套无储氢、实时制氢、即时发电的闭环氢能教学实验平台。系统采用额定产氢量1.2L/min的PEM纯水电解槽作为制氢单元，直接对接额定输出100W的PEM燃料电池发电单元，取消高压储氢罐体，实现电解制氢出口与燃料电池氢气进口直通联动，可安全、直观、稳定地模拟分布式绿氢制备、氢能原位利用、氢能发电全流程，是高校开展氢能技术教学、机理验证与创新实验的专用实训设备。

2. 组成结构

系统采用电解制氢+直连供氢+燃料电池发电+测控保护一体化模块化设计，无储气、无储氢环节，核心组成如下：

PEM电解制氢单元（核心参数：1.2L/min）：质子交换膜纯水电解槽，无需碱性电解液，仅以纯水为原料；额定产氢量1.2L/min，配套纯水循环、散热、气水分离、干燥过滤组件，可稳定连续制备高纯氢气，为燃料电池提供实时氢源。

直连供氢管路单元（无储氢特色结构）：电解槽氢气出口通过专用耐压防爆管路直接接入燃料电池氢气进口，全程无储气罐、无储氢缓冲装置，实现“产氢即用、随制随发”，规避高压储氢安全风险，适配实验室教学场景。

PEM燃料电池发电单元（核心参数：100W）：额定输出功率100W质子交换膜燃料电池，匹配电解槽1.2L/min产氢流量，利用实时供给的高纯氢气与空气中氧气发生电化学反应，直接将氢能转化为电能输出。

可调负载与电气输出单元：可调电阻，可调节发电输出工况，支持空载、轻载、满载变工况测试，用于测定燃料电池输出电压、电流、功率特性。

数据采集与测控单元：配备流量、温度、电压、电流、功率传感器，实时采集制氢流量、电解功耗、发电功率、系统转化效率等参数，配套上位机实现数据记录、曲线生成、数据导出。

安全联锁保护单元：配有氢气检漏、风压保护、超温保护、过流过载保护、缺水保护、停机泄压联锁功能，无储氢结构大幅降低氢能实验风险，保障教学安全。

3. 工作原理

本系统核心为无储氢闭环氢能转化原理，全程实时制氢、即时利用，规避氢能储存环节，分为电解制氢、直连供氢、燃料电池发电三个联动过程：

PEM电解制氢过程：设备以纯水为原料，通电后利用质子交换膜电解原理，将水分子分解为氢气和氧气，额定工况下产氢量可达1.2L/min。电解过程将电能转化为氢能，实现电能到化学能的存储转化，氧气直接排空，高纯氢气经过滤干燥后直接输出。

无储氢直连供氢过程：电解槽产出的氢气不经过储存，通过专用管路直接输送至燃料电池阳极入口，全程动态匹配制氢量与发电消耗量，实现随制随用，彻底消除高压储氢、氢气滞留带来的安全隐患。

燃料电池发电过程：燃料电池阳极通入实时制备的氢气，阴极通入空气氧气，在质子交换膜催化作用下发生电化学反应，氢能直接转化为直流电能，额定输出功率可达100W，对外带载做功，最终完成电能→氢能→电能的完整能量闭环转化。

实验中可通过调节电解输入功率、负载功率，观测制氢流量、发电效率、系统能量损耗变化，验证氢能转化效率与变工况运行特性。

三、主要实验项目

实验项目	教学目标	测量参数或其他
电解制氢及燃料电池发电原理演示	验证“电→氢→电”能量转换闭环，直观展示可再生能源存储与利用的关键技术路径。测量燃料电池输出电压、电流与功率，绘制极化曲线（电压-电流密度图）。帮助学生掌握电化学基础理论（如氧化还原反应、能斯特方程）。	电压、电流、功率、电能、温度、流量
电解效率测试实验	测量电解水制氢时电解效率（电能→氢化学能）帮助学生掌握电化学基础理论（如氧化还原反应、能斯特方程）。	电压、电流、功率、电能、温度、流量
氢燃料电池发电效率测试实验	测量氢燃料电池发电效率（氢化学能→电能）帮助学生掌握电化学基础理论（如氧化还原反应、能斯特方程）。	电压、电流、功率、电能、温度、流量

四、技术参数

参数名称	技术指标
燃料电池额定输出	100W，12V/8.34A
单电池数	20片
供氢品质	纯度99.99%
额定耗氢量	1.2L/min
氢气入口压力	0.04~0.07MPa
PEM电解槽额定产氢量	1.2L/min
PEM电解槽额定电流	25A
PEM电解槽水源要求	TDS≤5ppm
反应物质	氢气、空气

五、适用专业与课程

电解氢燃料电池实验系统适用于哪些专业

·  储能科学与工程

·  能源与动力工程

·  新能源科学与工程

·  电气工程及其自动化

·  热能动力工程

·  氢能科学与工程

·  建筑能源与环境工程

·  过程装备与控制工程

·  电力系统及其自动化

电解氢燃料电池实验系统适用于哪些课程

·  储能技术原理与系统

·  工程热力学

·  热力发电厂

·  新能源发电技术

·  电力储能系统

·  热力系统分析

·  过程装备与测试技术

·  电气控制与 PLC

·  能源系统建模与仿真

·  热能动力测试技术

六、设备优势

无储氢直连设计，实验室安全性拉满：区别于传统储氢式氢能实验台，本设备制氢不储氢，氢气即产即用，无高压氢罐、无氢气滞留，从根源杜绝氢能泄漏、聚集风险，完全适配普通教学实验室，可常态化开展学生实操。

参数标准工程化，教学精准度高：采用行业标准1.2L/min PEM电解槽、100W燃料电池精准匹配工况，参数配比科学，工况稳定，能够真实还原分布式绿氢制备与氢能发电工程应用场景。

闭环能量转化，教学知识点完整：完整展示“电解制氢—氢能输送—燃料电池发电”全链条，完美讲解电氢电转化、氢能储能机理、能量损耗、工况匹配等重难点，填补高校氢能教学实操空白。

纯水制氢无污染，绿色教学零耗材压力：PEM纯水电解技术，无需强碱溶液、无腐蚀、无废液污染，仅需普通纯水即可实验，清洁安全，适合高频次课堂教学。

实验项目丰富，一机覆盖多专业课程：可开展电解特性测试、产氢流量特性、燃料电池伏安特性、变负载发电、系统转化效率、能量损耗分析等验证性、综合性、设计性实验，设备利用率高。

工况响应快，课堂演示效果直观：系统启停迅速，制氢、发电过程可视化强，参数变化实时可见，适合课堂演示、分组实训、对比教学，学生极易理解氢能能量转化逻辑。

支撑学科建设与科创竞赛：贴合国家绿氢、新型储能、新能源战略方向，可完善氢能与新能源实验教学体系，支撑专业认证、教学评估、大创项目、学科竞赛与毕业设计。

运维简单，长期教学经济性好：无储氢部件损耗，无化学耗材更换，核心模块寿命长，日常仅需补水、清洁维护，后期运维成本极低，适合高校长期稳定使用。

七、FAQ|常见问题

1. 设备核心参数具体配置是什么？

设备采用PEM纯水电解槽，额定产氢量1.2L/min，搭配额定输出100W PEM燃料电池，采用制氢、发电直连结构，无任何储氢装置，工况精准匹配，专为高校氢能教学标定。

2. 无储氢设计会不会影响实验效果？

不会。无储氢直连结构更贴合分布式制氢、就地利用的前沿技术场景，系统动态响应更快，流量、功率数据更稳定，可完美完成所有电氢转化、燃料电池特性实验，同时大幅提升实验安全性。

3. 实验是否需要氢气气瓶，是否有危化品风险？

无需外接氢气钢瓶，设备纯水自电解制氢，全程无高压储氢、无危化品存储，无氢气积聚风险，具备检漏、超温、过载多重保护，满足高校实验室安全规范。

4. 可以做哪些核心实验内容？

可完成：PEM电解制氢特性实验、产氢流量与功耗关系测试、燃料电池空载/负载特性实验、100W额定功率输出测试、电-氢-电全流程转化效率测定、变工况能量损耗分析等综合实验。

5. 设备是否支持学生创新实验和毕设研究？

完全支持。可通过调节输入功率、负载大小、通风工况等变量，开展变量对比、工况优化、效率分析等设计性实验，可支撑大创项目、学科竞赛、本科毕业论文研究。

6. 和传统储氢式氢能实验台相比优势在哪？

传统设备需储氢、安全管控严格、无法常态化教学；本设备即产即用、无储氢、零滞留、低风险，可全班分组实操，是目前高校氢能教学最适配的安全型实训设备。

八、企业介绍

微牛顿（山东）科技开发有限公司专注于工程实验教学与科研装备研发、制造领域，主营产品包括：“空气动力学系列”、“传热学系列”、“工程热力学系列”、“流体力学系列”、“能源与环境系列”、“储能系列”等。可适用于空气动力学、传热学、能源与环境、综合能源多能互补等专业，提供设备定制、实验室整体方案设计、全套教学资料配套、终身技术服务，专注为本科院校打造贴合教学大纲、高适配、易运维的标准化实训实验室。