燃料电池输出电压与输出电流的关系，在电化学上称为极化特性曲线，如图4－7所示。

理论分析表明，如果燃料的所有能量都被转换成电能，则理想电动势为1.48V。实际燃料的能量不可能全部转换成电能，总有一部分能量转换成热能，少量的燃料分子或电子穿过质子交换膜形成内部短路电流等，故燃料电池的开路电压低于理想电动势。

随着电流从零增大，输出电压有一段下降较快，主要是因为电极表面的反应速度有限，有电流输出时，电极表面的带电状态改变，驱动电子输出阳极或输入阴极时，产生的部分电压会被损耗掉，这一段被称为电化学极化区。

输出电压的线性下降区的电压降，主要是电子通过电极材料及各种连接部件，离子通过电解质的阻力引起的，这种电压降与电流成比例，所以被称为欧姆极化区。

输出电流过大时，燃料供应不足，电极表面的反应物浓度下降，使输出电压迅速降低，而输出电流基本不再增加，这一段被称为浓差极化区。

综合考虑燃料的利用率（恒流供应燃料时可表示为燃料电池电流与电解电流之比）及输出电压与理想电动势的差异，燃料电池的效率定义为

某一输出电流时燃料电池的输出功率相当于图4－7中虚线和坐标轴围出的矩形面积，在使用燃料电池时，应根据伏安特性曲线，选择适当的负载匹配，使效率与输出功率均达到最大。

实验测量时，使电解池输入电流保持在300mA，关闭风扇。将电压测量端口接到燃料电池的输出端，打开燃料电池与气水塔之间的氢气、氧气连接阀，等待约10min，让电池中的燃料浓度达到平衡值，电压稳定后记录开路电压值。

将电流表量程切换到200mA，可变负载调至最大，电流测量端口与可变负载串联后接入燃料电池输出端，改变负载电阻的大小（逐步减小电阻）。为绘制极化特性曲线，可以调整不同的电压值，随之读出对应的电流值，也可以调整不同的电流值，随之读出相对应的电压值，学员可自行设计选择。

值得注意的是，负载电阻一次大幅度调得很低时，电流会瞬间升到很高，甚至超过电解电流值，这种情况是不稳定的，重新恢复稳定需要较长时间。为避免出现这种情况，输出电流高于210mA后，每次调节减小电阻0.5Ω，输出电流高于240mA后，每次调节减小电阻0.2Ω，每测量一点的平衡时间稍长一些（约5min）。稳定后记录电压、电流值。

实验要求：

（1）作出所测燃料电池的极化曲线；

（2）作出该电池输出功率随输出电压的变化曲线；

（3）测出该燃料电池最大输出功率是多少？最大输出功率对应的效率是多少？