氢氧燃料电池基础详解
什幺是氢氧燃料电池？
燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极．和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。
按电池结构和工作方式，氢氧燃料电池可分为离子膜、培根型和石棉膜三类。
1.离子膜氢氧燃料电池：用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池，现代采用全氟磺酸膜。电池放电时，在氧电极处生成水，通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻，但离子交换膜内阻较大，放电电流密度小。
氢氧燃料电池基础知识集锦 氢氧燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极．和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置。 一：氢氧燃料电池特点 这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电等优点，但由于成本高，系统比较复杂，仅限于一些特殊用途，如飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔和浮标等方面。 二：氢氧燃料电池的分类 目前氢氧燃料电池可分为离子膜、培根型和石棉膜三类。 1.离子膜氢氧燃料电池：用阳离子交换膜作电解质的酸性燃料电池，现代采用全氟磺酸膜。电池放电时，在氧电极处生成水，通过灯芯将水吸出。这种电池在常温下工作、结构紧凑、重量轻，但离子交换膜内阻较大，放电电流密度小。
2.培根型燃料电池：属碱性电池。氢、氧电极都是双层多孔镍电极（内外层孔径不同），加铂作催化剂。电解质为80%～85%的苛性钾溶液，室温下是固体，在电池工作温度（204～260°C）下为液体。这种电池能量利用率较高，但自耗电大，起动和停机需较长的时间（起动需24小时，停机17小时）。 3.石棉膜燃料电池：也属碱性电池。氢电极由多孔镍片加铂、钯催化剂制成，氧电极是多孔银极片，两电极夹有含35%苛性钾溶液的石棉膜，再以有槽镍片紧压在两极板上作为集流器，构成气室，封装成单体电池。放电时在氢电极一边生成水，可以用循环氢的办法排出，亦可用静态排水法。这种电池的起动时间仅15分钟，并可瞬时停机。比磷酸铁锂电池要更环保。 三：氢氧燃料电池的原理 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电
氢氧燃料电池性能测试 实验报告 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
氢氧燃料电池性能测 试实验报告 学号： 姓名：冯铖炼 指导老师：索艳格 一、实验目的 1.了解燃料电池工作原理 2.通过记录电池的放电特性，熟悉燃料电池极化特性 3.研究燃料电池功率和放电电流、燃料浓度的关系 4.熟悉电子负载、直流电源的操作 二、工作原理 氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。 氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。
工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的装置氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器 氢气和氧气都可以由电池外提供燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，2013年正发展为直接使用固体的电解质。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙。 燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。 一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。在正、负极上发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢—氧燃料电池有酸式和碱式两种： 若电解质溶液是碱、盐溶液则
氢氧燃料电池的制作 燃料电池是一类新型化学电池。氢气、氧气、甲烷等都可以成为它的原料。它具有能量转化率高、无污染、节约金属资源等优点，具有巨大的应用价值。但是，由于这类电池必须用特殊的催化剂，而该类催化剂现在制造困难，价格昂贵，所以，这类电池还不能普及，仅能应用于人造卫星、太空站等高科技领域。我们运用已学过的原电池、电解池知识，在学校科技活动中，我创新制作了可用于演示的氢氧燃料电池，效果很好．现介绍如下： 一．用具和原料 U型管，石墨碳棒，分液漏斗，酒精喷灯，低压直流电源，30%的氢氧化钠溶液（或30%的稀硫酸），橡皮塞（双孔），导线等。 二．制作原理 用多孔碳棒作燃料电池的正、负极，30%的氢氧化钠溶液作电解质溶液。负极吸附氢气，正极吸附氧气。氢氧燃料电池工作时，负极上的氢放出电子，发生氧化反应，正极上的氧得到电子，发生还原反应：负极2H2+4OH-_4e=4H2O 正极O2+2H2O+4e=4OH- 总反应2H2 + O2= 2H2O 三．制作过程 1.多孔碳棒的加工 将石墨碳棒放在酒精灯喷灯上加热除去其中的胶质，并淬火3---4次，即形成多孔碳棒，也就是多孔碳电极。
2.把多孔碳电极、U型管、分液漏斗、橡皮塞（双孔）按图所示组 装；再通过分液漏斗向U型管中注满氢氧化钠溶液，密闭。 3.氢气、氧气的制备 调节低压直流电源的电压到6伏，并把其正、负极分别与图装置中的两个碳棒电极相连接；接通电源，电解氢氧化钠溶液制取氢气、氧气，且制得的氢气与氧气的体积比为2:1.去掉电源，上图所示装置就成为一只氢氧燃料电池。 四．氢氧燃料电池的工作 氢氧燃料电池的正、负极分别与灵敏电流计的正、负极连接，可以看到电流计指针偏转。如果把两个氢氧燃料电池并联，再与发光二极管串联，二极管发光。经实验测定，一只氢氧燃料电池可提供0.1安以上的电流，1.5伏以上的外电压。
一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般就是以惰性金属铂（Pt)或石墨做电极材料,负极通入H2,正极通入Ｏ２，总反应为:２Ｈ2 ＋O2 === ２H２O 电极反应特别要注意电解质,有下列三种情况: 1.电解质就是KＯH溶液（碱性电解质) 负极发生得反应为：H2 +2e- ===２H+,2Ｈ+ + 2OＨ—===2Ｈ2O,所以： 负极得电极反应式为:H2–2e—＋２OＨ—=＝= 2Ｈ2O; 正极就是Ｏ２得到电子,即:O2+ ４ｅ—===2O2－,O2—在碱性条件下不能单独 存在，只能结合H２O生成ＯH—即：2O2- + ２Ｈ２Ｏ=＝= 4OH—，因此, 正极得电极反应式为:O2 + H2Ｏ+ ４e- === 4ＯH—。 ２。电解质就是H2SO4溶液(酸性电解质） 负极得电极反应式为:Ｈ２＋2ｅ—＝=＝2H+ 正极就是O2得到电子,即:O2 ＋4e- ＝==2O2—，Ｏ2—在酸性条件下不能单独存在,只能结合H＋生成H2Ｏ即：O2—＋2 H+=＝= H2O,因此 正极得电极反应式为:O2 +4Ｈ+＋4e- === 2Ｈ2O(Ｏ2 ＋4ｅ—=== 2Ｏ2—,２O 2- + 4Ｈ＋=== 2H2Ｏ) 3、电解质就是ＮａＣl溶液(中性电解质） 负极得电极反应式为:Ｈ２+2e－=＝= 2H+ 正极得电极反应式为:Ｏ2 +H2O＋4ｅ－===4OH－ 说明:1、碱性溶液反应物、生成物中均无Ｈ+ 2、酸性溶液反应物、生成物中均无OＨ— 3、中性溶液反应物中无H+ 与ＯH— ４、水溶液中不能出现O２－ 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极，用碱或酸作为电解质: 1. 碱性电解质(KOH溶液为例） 总反应式:2ＣＨ４O ＋3O2 ＋4KOH=== ２K2CO3 ＋６Ｈ２O 正极得电极反应式为:3O２＋12e－+ 6H２0=＝=1２OH- 负极得电极反应式为:ＣH4Ｏ-6e-+8OＨ- ===CO32—+ ６H2O 2、酸性电解质(Ｈ2SO４溶液为例) 总反应: ２CH4O ＋3O2＝==2ＣＯ2 + 4H2O 正极得电极反应式为：3O2+12ｅ—+12H+==＝6Ｈ2O 负极得电极反应式为：2CH4O-１2ｅ－+２H2O =＝＝1２H＋+ 2CO2 说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同 三、甲烷燃料电池 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极，电解质溶液为KOH,生成得CO2还要与KOH反应生成K 2CO3,所以总反应为:CH4 + 2ＫＯH+ 2O２=＝= K２CO3 + 3H2O。 负极发生得反应：ＣＨ4–8ｅ-+ 8OＨ—==CO2+6Ｈ2OＣO２+ ２OＨ- ＝=ＣO３2- +H2Ｏ, 所以:负极得电极反应式为:CH4 + 1０OH－＋8e—＝==CO32—+ ７Ｈ2O 正极发生得反应有:O2 + 4e—=== 2Ｏ2- 与O2—+ H2O =＝= 2OＨ— 所以:正极得电极反应式为:O2 + 2Ｈ２O + 4e- ==＝4OH—
氢氧燃料电池 高考频度：★★★★☆ 难易程度：★★★☆☆ 典例在线 下列电池工作时，O 2在正极放电的是 A ．锌锰电池 B ．氢燃料电池 C ．铅蓄电池 D ．镍镉电池 【参考答案】B 【试题解析】锌锰电池，正极反应：2MnO 2＋2H 2O ＋2e － ===2MnOOH ＋2OH － ，MnO 2在正极放电，A 错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O 2＋4H ＋ ＋4e － ===2H 2O ，O 2在正极放电，B 正确。铅蓄电池，正极反应：PbO 2＋4H ＋ ＋ ＋2e －===PbSO 4＋2H 2O ，PbO 2在正极放电，C 错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH ＋H 2O ＋e － ===Ni(OH)2＋OH － ，NiOOH 在正极放电，D 错误。 解题必备 1．构造 。 O 2=2H ==2O ＋22H ．电池总反应：2 3．氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式
介质负极反应式正极反应式 酸性2H2－4e－===4H＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O 中性2H2－4e－===4H＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 碱性2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 学霸推荐 1．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下： 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为 A．1.8 mol B．3.6 mol C．100 mol D．200 mol 2．甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H＋)。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O。下列叙述中不正确的是 A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O C．电池工作时，H＋由正极移向负极 D．电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路再从通入氧气的一极流入 3．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法正确的是 A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极 B．电池的总反应是2C4H10＋13O28CO2＋10H2O C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－ D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O 4．H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应为：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l) ΔH=－632 kJ·mol－1，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是
氢氧燃料电池性能测试实验报告 冯铖炼 实验目的 1. 了解燃料电池工作原理 2. 通过记录电池的放电特性，熟悉燃料电池极化特性 3. 研究燃料电池功率和放电电流、燃料浓度的关系 4. 熟悉电子负载、直流电源的操作 ， 匚作原理 氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂， 氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将 化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。 氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、 氧气在电极上的催化 剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电， 在氧电极上由于缺少电子 而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分 解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接 在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。 这正是水的电 解反应的逆过程。 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂 全部储藏在电池内的装置氢氧燃料电池的反应物都在 电池外部它只是提供一个反应的容器 学号: 1141440057 指导老师: 索艳格 姓名:
氢气和氧气都可以由电池外提供燃料电池是一种化学电池， 它利用物质发生化学反应时释出的能量, 直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是, 于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间 的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成， 2013年正发展为直接使 用固体的电解质。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气），。氢在负极 分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载 就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。 这 正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有 异曲同工之妙。 燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。 利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，-所以也可称它为一种"发电机"。 i 一般来讲，书写燃料电池的化学反应方程式，需要高度注意电解质的酸碱性。 发生的电极反应不是孤立的，它往往与电解质溶液紧密联系。如氢一氧燃料电池有酸式和碱式两种: 'I 若电解质溶液是碱、盐溶液则 负极反应式为：，2H2 + 4OH- - 4e~二4场0 正极反应式为：+ 2H2 O + 4广二4OH ■ 若电解质溶液是酸溶液则 负极反应式为：2H2 _ 4牴 —4H 正极反应式为：°2 + 4广+ 4H*二2H2O 总反应方程式为： 2H2 + 02二2H2 O 在碱溶液中，不可能有H+出现，在酸溶液中，不可能出现 0H —。 实验步骤 ① 连接电子负载，测量开路电压 它工作时需要连续地向其供给反应物质 燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由 在正、负极上
一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，总反应为：2H2 + O2 === 2H2O 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况： 1．电解质是KOH溶液（碱性电解质） 负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以： 负极的电极反应式为：H2 –2e- + 2OH- === 2H2O； 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH- ，因此， 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。 2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ === H2O，因此 正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ，2O2- + 4H + === 2H2O) 3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3.中性溶液反应物中无H+ 和OH- 4.水溶液中不能出现O2- 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质： 1．碱性电解质（KOH溶液为例） 总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH- 负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH- === CO32-+ 6H2O 2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例） 总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O 负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2 说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同 三、甲烷燃料电池 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K 2CO3，所以总反应为：CH4 + 2KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。
化学教学论实验报告——氢氧燃料电池的制作 化学系2011级化学2班罗晗 10111550218 一、实验方程式、装置： 1、电解水时，选用1mol/L硫酸钠溶液作为电解质溶液，两极发生如下反应： 阳极：2H2O =O2 +4H+ +4e- 阴极：4H2O +4e- =2H2 +4OH- 2、两极吸附满气体后，拆去外电源，使燃料电池放电，两极发生如下反应： 正极：O2 +4H+ +4e- =2H2O 负极：2H2 +4OH- =4H2O +4e- 3、实验装置： 二、实验注意事项： 1、在实验过程中，燃料电池具有正负极，应当正确判断其正负极，防止二极管的电极接反，最终导致其不能发光。发光二极管灯脚有正、负极之分，长脚为正极，短脚为负极。如不能识别，可直接用燃料电池接试，如不发光，说明接反了，交换一下电极即可。 2、由于普通碳棒表面较为光滑，所以在电解过程中难以吸附较多的氢气和氧气，导致发光二极管发光时间较短，实验效果不明显，所以要把普通炭棒置于高温火焰上灼烧到发红，立即投入冷水中使其表面变得粗糙多孔，使其在电解水时可吸附较多的氢、氧气体。 三、实验思考： 1、电解质溶液的种类对最终发光二极管的发光时间有何影响？
答：经过查阅资料得知，电解质溶液的种类对最终发光二极管的发光时间具有较大影响，设计实验分析其影响大小，实验结果如下表： 由此可知，电解质溶液的种类对二极管发光时间具有较大影响，因为不同种溶液电离出的离子种类不同，其最终产生的离子数目也不同，从而导致其导电能力不同，最终的二极管发光时间也就不同了。如上面实验可以看出，硫酸与氢氧化钠的导电能力相似，其电解出的离子数目相近；而硫酸钠电离出的离子出较多，导电能力较强。 2、为何要将碳棒进行淬火？是否淬火次数越多越好？ 答：由于普通碳棒表面较为光滑，所以在电解过程中难以吸附较多的氢气和氧气，即最终成为燃料电池所能储存的电能较少，最终的发光二极管发光时间较短，实验效果不明显。而把普通炭棒置于高温火焰上灼烧到发红，立即投入冷水中使其表面变得粗糙多孔，则会使其在电解水时可吸附较多的氢、氧气体，最终储存的电能较多，发光二极管的发光时间也较长。但是并不是淬火次数越多越好，因为淬火次数越多，消耗的炭就越多，则更容易使得碳棒断裂，所以淬火的次数应根据实际情况判断，使得碳棒能负载的气体最多为最佳。 3、燃料电池的工作原理是什么？有什么优缺点？ 答：燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧作为正极．和一般电池的主要区别在于一般电池的活性物质是预先放在入的，因而电池容量取决于贮存的活性物质的量；而燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上只是一个能量转换装置，这类电池具有转换效
一、氢氧燃料电池 令狐采学 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入 O2， 总反应为：2H2 + O2 === 2H2O 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况： 1．电解质是KOH溶液（碱性电解质） 负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2 O,所以： 负极的电极反应式为：H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O； 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2 O === 4OH- ，因此， 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。 2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ = == H2O，因此 正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- == = 2O2- ，2O2- + 4H+ === 2H2O) 3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质）
负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 说明： 1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3.中性溶液反应物中无H+ 和OH- 4.水溶液中不能出现O2- 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质： 1．碱性电解质（KOH溶液为例） 总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH- 负极的电极反应式为：CH4O -6e-+8OH- === CO32-+ 6H2O 2. 酸性电解质（H2SO4溶液为例） 总反应: 2CH4O + 3O2 === 2CO2 + 4H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+ === 6H2O 负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O === 12H++ 2CO2说明：乙醇燃料电池与甲醇燃料电池原理基本相同 三、甲烷燃料电池 甲烷燃料电池以多孔镍板为两极,电解质溶液为KOH，生成的CO2还要与KOH反应生成K2CO3，所以总反应为：CH4 + 2 KOH+ 2O2 === K2CO3 + 3H2O。 负极发生的反应：CH4 – 8e- + 8OH- ==CO2 + 6H2O CO2 + 2OH- == CO32- + H2O，
氢氧燃料电池 大千世界，万紫千红，无奇不有！而各种各样的材料正是构成我们这个五彩缤纷的世界的基础，材料是构成所有物质的基本成分，没有材料就不会有物质，没有物质就不会有我们这个丰富多彩的大自然，更不会有人类。 生活中，材料无处不在。各种各样的材料构成的物质使人们的生活变得丰富多彩。为满足人们衣食住行等日常生活的需要，聪明的人类开始从大自然获取多种原材料，经过加工，合成人们所需要的各种各样的物质。如各种各样的时装，食品，建筑，交通工具等无不是材料合成的结晶！到如今，材料已成为社会发展的重要物质基础。20世纪60年代，人们把材料、能源、信息并成为现代技术和现代文明的三大支柱；70年代又把新型材料、信息技术和生物技术列为新技术革命的主要标志。可以说，材料工业是国民经济建设中的重要工业，也是非常重要的研究方向；材料是所有工业的基础，材料技术成为不同工程领域产业化的共性关键技术。当代每一项重大新技术的出现都有赖于新材料的发展。人们已经强烈地认识到材料科学与材料工程对社会发展的作用。无论是专门从事材料研究的科技人员，还是经济学家、金融银行家、企业界巨头以及国家领导人，都密切注意材料研究的动向和发展趋势，以便及时把握时机作出正确决策，在世界经济发展的竞争中占有一席之地。 然而正是由于材料在社会发展中的重要性，使得材料工业的发展突飞猛进！材料工业在解决当今世界所面临的难题中起着无可替代的作用！而当今世界人们所面临的主要难题是能源短缺和环境污染，据有关资料显示，地球上煤，石油，天然气在2100年前都将枯竭，并且化石燃料的燃烧对环境的污染较大！如果这些问题得不到解决，到那时世界经济将面临崩溃，为解决这些问题，在科学家们的不懈努力下，氢燃料电池“应运而生”。 为解决能源短缺、环境污染等问题，开发清洁、高效的新能源和可再生能源已十分紧迫。氢能因燃烧热值高、污染小、资源丰富成为新能源的对象，氢燃料电池作为氢能利用的有效手段，已被美国《时代》周刊评为21 世纪有重要影响的十大技术之一。 氢燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是由于反应过程中不涉及到燃烧，因此其能量转换效率不受"卡诺循环"的限制，能量转换效率高达60％～80％，实际使用效率则是普通内燃机的2～3倍。 氢燃料电池发电的基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。电池阳极上的氢在催化剂作用下分解为质子和电子，带阳电荷的质子穿过隔膜到达阴极，带阴电荷的电子则在外部电路运行，从而产生电能。在阴极上的氧离子在催化剂作用下和电子、质子化合反应成水。 具体反应过程为： (1)氢气通过管道或导气板到达阳极； (2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子，阳极反应为： H2→2H＋＋2e (3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；
氢氧燃料电池 总反应：2H2 + O2 =2H2O 负极：H2 - 2e-＝2H+ 正极：O2 + 4e- +2H2O=40H- 原理是自发进行氧化还原反应 不是简单的化学反应而是电化学反应。 反应过程： （1）氢气通过管道或导气板到达阳极。 （2）在阳极催化剂的作用下，一个氢分子分解为两个氢离子，并释放出两个电子，阳极反应为H2-->2H+2e- (3) 在电池的另一端，氧气通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极。 （4）在阴极催化剂的作用下，氧和氢离子与电子发生反应生成水。 在实用中没有以甲烷或乙醇为燃料的碱性燃料电池。原因很简单，甲醇燃料电池正常运行时的排出产物是水和二氧化碳，而二氧化碳是弱酸性气体，会和碱液性电解质反应生成碳酸盐和水。这样，电解质就被燃料电池自己的排出产物所消耗,使得工作性能严重衰减了。因此，以甲烷或乙醇为燃料的燃料电池都是在酸性环境下运行的。 不过若是甲烷燃料电池电极反应式酸性条件下 则为负极CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ 正极O2+4H+4e-=2H2O 燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。 具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固体的电解质。 工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达
高中化学需要掌握的8个燃料电池的方程式 一、氢氧燃料电池 氢氧燃料电池一般是以惰性金属铂（Pt）或石墨做电极材料，负极通入H2，正极通入O2，总反应为：2H2 + O2 === 2H2O 电极反应特别要注意电解质，有下列三种情况： 1．电解质是KOH溶液（碱性电解质） 负极发生的反应为：H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以： 负极的电极反应式为：H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O； 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在碱性条件下不能单独存在，只能结合H2O生成OH-即：2O2- + 2H2O === 4OH- ，因此， 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。 2．电解质是H2SO4溶液（酸性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极是O2得到电子，即：O2 + 4e- === 2O2- ，O2- 在酸性条件下不能单独存在，只能结合H+生成H2O即：O2- + 2 H+ === H2O，因此 正极的电极反应式为：O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ，2O2- + 4H+ === 2H2O) 3. 电解质是NaCl溶液（中性电解质） 负极的电极反应式为：H2 +2e- === 2H+ 正极的电极反应式为：O2 + H2O + 4e- === 4OH- 说明：1.碱性溶液反应物、生成物中均无H+ 2.酸性溶液反应物、生成物中均无OH- 3.中性溶液反应物中无H+ 和OH- 4.水溶液中不能出现O2- 二、甲醇燃料电池 甲醇燃料电池以铂为两极,用碱或酸作为电解质： 1．碱性电解质（KOH溶液为例） 总反应式：2CH4O + 3O2 +4KOH=== 2K2CO3 + 6H2O 正极的电极反应式为：3O2+12e- + 6H20===12OH-
氢氧燃料电池 高考频度：★★★★☆难易程度：★★★☆☆ 典例在线 下列电池工作时，O2在正极放电的是 A．锌锰电池B．氢燃料电池C．铅蓄电池D．镍镉电池 【参考答案】B 【试题解析】锌锰电池，正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－，MnO2在正极放电，A错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，O2在正极放电，B正确。铅蓄电池，正极反应：PbO2 SO ＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误。镍镉电池，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－＋4H＋＋2 4 ===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。 解题必备 1．构造 2．电池总反应：2H2＋O2===2H2O。 3．氢氧燃料电池在不同介质中的电极反应式 介质负极反应式正极反应式 酸性2H2－4e－===4H＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O 中性2H2－4e－===4H＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 碱性2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 学霸推荐 1．氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如
下： 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为 A．1.8 mol B．3.6 mol C．100 mol D．200 mol 2．甲醇燃料电池(DMFC)可用于笔记本电脑、汽车、遥感通讯设备等，它的一极通入甲醇，一极通入氧气；电解质是质子交换膜，它能传导氢离子(H＋)。电池工作时，甲醇被氧化为二氧化碳和水，氧气在电极上的反应是O2＋4H＋＋4e－===2H2O。下列叙述中不正确的是 A．负极的反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ B．电池的总反应式是2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O C．电池工作时，H＋由正极移向负极 D．电池工作时，电子从通入甲醇的一极流出，经外电路再从通入氧气的一极流入 3．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法正确的是 A．在熔融电解质中，O2－由负极移向正极 B．电池的总反应是2C4H10＋13O28CO2＋10H2O C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－===2O2－ D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：C4H10＋26e－＋13O2－===4CO2＋5H2O 4．H2S废气资源化利用途径之一是回收能量并得到单质硫。反应为：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l) ΔH=－632 kJ·mol－1，如图为质子膜H2S燃料电池的示意图。下列说法正确的是 A．电极a为电池的正极 B．电极b上发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．电路中每通过4 mol电子，电池内部释放632 kJ热能 D．每17 g H2S参与反应，有1 mol H＋经质子膜进入正极区
燃料电池简介 摘要：燃料电池是一种清洁、高效的能源利用方式，本文主要介绍了燃料电池的 工作原理、燃料电池的分类和燃料电池的优点，另外，本文还简单的介绍了燃料 电池的发展前景。 关键词：燃料电池 工作原理 固体氧化物 燃料电池作为一种新型的发电方式，发展燃料电池对于改善环境, 实施能源 可持续发展具有重要意义。对比于传统的火力发电方式可以大大降低空气污染及 解决电力供应、电网调峰问题。传统的火力发电站的燃烧能量大约有近70%要消 耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会排放大量的有害物质。而 使用燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，没有 多余的能量转换过程，理论上能量转换率为100%，实际应用上装置无论大小发 电效率可达40%～60%，可以实现直接进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联 产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80%，装置为积木式结构，容量 可小到只为手机供电、大到和火力发电厂相比，应用范围极为广泛。基于以上这 些优点，我们可以看出研究燃料电池是很有必要的。 1、燃料电池的原理 燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理等温的把贮存在燃料和氧 化剂中的化学能直接转化为电能, 因而实际过程是氧化还原反应, 其工作原理 如图1所示。燃料电池主要由四部分组成, 即阳极、阴极、电解质和外部电路。 燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。燃料气在阳极上放出电子, 电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下, 通过电 解质迁移到阳极上, 与燃料气反应,构成回路,产生电流。同时, 由于本身的电化 学反应以及电池的内阻, 燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极除传 导电子外, 也作为氧化还原反应的催化剂。当燃料为碳氢化合物时, 阳极要求有 更高的催化活性。阴、阳两极通常为多孔结构, 以便于反应气体的通入和产物排 出。电解质起传递离子和分离燃料气、氧化气的作用。为阻挡两种气体混合导致 电池内短路, 电解质通常为致密结构。 图一：燃料电池工作原理图 例如我们常说的氢氧燃料电池，如图二。氢-氧燃料电池反应原理实际上是电解 水的逆过程。电极反应 负极：H 2-2e-→2H + 正极：1/2O 2+2H ++2e -→H 2O 电池总反应：H 2+1/2O 2=H 2O 在该燃料电池中，阳极供给的燃料气H 2分解成H +和e -，H +移动到电解质中与
教学活动实施过程 课程模块二：氢氧燃料电池－绿色能源开发实作 （每周2堂课） 壹、基础实验（一）：简易铜蚀雕创作 一、实验目的 利用实验室里常当作电极的铜金属片，藉由氧化还原实验制作创意的铜蚀雕作品 二、实验原理 铜金属活性低，不易氧化，易溶于硝酸及浓硫酸等强酸，铜和硝酸的反应如下： 3 Cu + 8 HNO3（稀）→ 3 Cu(NO3)2+ 2 NO↑ + 4 H2O Cu + 4 HNO3（浓）→ Cu(NO3)2 + 2 NO2↑ + 2 H2O 利用此原理虽可将铜板制作出不同图案的铜蚀雕作品，但是反应的同时也产生刺激性且有毒的二氧化氮（NO2），所以我们改利用氯化铁溶液与部分裸露在外的铜板进行反应，使其呈现各种不同的铜文字或创意图案。 Cu + Fe3+→ Cu+ + Fe2+E。＝0.25V 三、实验器材与试药 器材（每人） 试药（每组） 四、实验步骤 1.准备一块薄铜板3×8cm，先用细砂纸将表面磨光，去除铜锈或其他氧化物。 2.取一张3×8cm的自粘性卡点西得纸在电路板上黏牢，注意两面都需黏贴。
3.用粘胶或喷胶将自己画的创意图案黏贴在卡点西得纸上，并用美工刀将不需要的图案 连同其下的卡点西得纸一起割除，使最底部的铜裸露出来，如图1所示。 4.将雕刻后的铜板浸泡至氯化铁溶液中，静置50~100分钟，时间愈久蚀刻痕愈清晰明显，如图2所示。 5.用塑胶夹取出蚀刻后的铜板，先以清水冲洗，再以卫生纸拭干。 6.均匀喷上一层透明喷漆，即可完成精致的铜蚀雕作品，如图3所示。 图2：学生雕刻后的铜板浸泡至氯 化铁溶液中 图1：学生在卡点西得纸上雕刻图案
图3：学生铜板蚀刻成品 7.想想看： 学生图案设计完后需注意哪些细节，否则美工刀刻出来的图案经由铜蚀后，图案会左右相反喔？ 8.延伸探究实验： 除了铜金属以外，还有哪些金属（熔点低的金属较适合）也可以利用其物理及化学性质作艺术创作呢？ 【老师与学生心得分享】 1.铜蚀雕制作过程容易上手，但是需注意卡点西得纸需将铜片黏牢，避免脱落，以免造 成裸露出来的部分被氯化铁氧化，图案变成模糊。 2.铜片常应用在传统的电路板上，请问可能的原因为何？ 【参考答案】因为铜金属是电的良导体 3.铜金属蚀刻后若未喷透明漆保护，极易在蚀刻处产生绿色的生成物，请问可能的原因 为何？ 【参考答案】 铜在干燥空气中稳定，可保持金属光泽。但在潮溼空气中，表面会生成一层铜绿（硷式碳酸铜），分子式：Cu2(OH)2CO3，保护内层的铜不再被氧化。 反应方程式： 2 Cu + O2 + CO2 + H2O → Cu2(OH)2CO3 贰、基础实验（二）化学电池 一、实验目的 本实验利用锌、镍、铜、银四种活性不同的金属及其盐类，任选两种组成电池，总共可
氢氧燃料电池简介 燃料电池是一种能量转换装置。它可以按电化学原理，等温地把储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。如图1所示，对于氢氧燃料电池，在其阳极（负极）上，氢气发生氧化反应，失去电子变成氢离子： -++→e 222H H （1） 在阴极（正极）上，氧气发生还原反应，得到电子，并与氢离子结合生成水： O H e H O 22222 1→++-+ （2） 燃料电池的总反应为： O H O H 2222 1→+ （3） 即氢气与氧气发生反应生成了水。 图1 燃料电池工作原理示意图 值得注意的是，氢气和氧气通过燃料电池所发生的反应，与常规的氢气在氧气中发生的直接氧化（例如燃烧）反应的过程大不一样。在燃料电池中氢气与氧气并不直接接触，反应是必须通过阴极、阳极以及二者之间的电解质进行。在反应的过程中，在阳极由氢释放的电子会通过外电路负载流到阴极；氢离子则通过具有氢离子（质子）导电性的聚合物薄膜（PEM ）扩散到阴极。 燃料电池与常规的化学电池（例如锰锌干电池、铅酸蓄电池、锂离子电池等）不同，它的燃料（例如氢气）和氧化剂（例如氧气）并不储存在电极中，而是储存在电池以外的储罐中，在其工作期间，需要不断向电池中输入燃料和氧化剂，同时排放反应产物。因此，从工作方式上看，燃料电池更像常规的汽油或柴油发电机。 燃料电池的主要特点： （1）高效率 在燃料电池工作的过程中，化学能直接转变成了电能，并不经过常规燃料燃烧方法发电所经历的燃烧释放热能供给热机做功，再把机械功转变为电能的复杂过程。由于燃料电池发电不必经历热机过程，所以也就不受卡诺循环的效率限制，因此燃料电池具有很高的效率，其理论效率高达85%以上，即使在受到各种极化限制的情况下，其能量转化效率仍然可以达40%~60%。若实现热电联供，燃料的总利用率可以高达80%以上。 （2）环境友好 由于燃料电池的能量转化效率很高，因此即使使用由矿物燃料转化得到的富氢气体为燃料进行发电，排放的温室气体量也要少于传统的火力发电。如果使用氢气作为燃料，反应产物是非常洁净的水，完全没有污染。由于燃料电池的发电过程无需经历高温燃烧过程，因此避免了会导致空气污染的氮氧化物的产生。 （3）安静 燃料电池发电是按电化学原理工作的，运动部件极少，因此工作时非常安静，噪声很低。
实验活动5制作简单的燃料电池 实验目的 1．理解燃料电池的工作原理。 2．设计和制作一个氢氧燃料电池。
实验用品 U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)、3～6 V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。 1 mol·L－1 Na2SO4溶液、酚酞溶液。
实验步骤 1．电解水。 在U形管中注入1 mol·L－1 Na2SO4溶液，然后向其中滴入1～2滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒，并用鳄鱼夹、导线连接电源。闭合K1，接通直流电源开始电解，现象为：两极石墨棒均产生气泡，右侧石墨棒附近溶液变红。
2．制作一个氢氧燃料电池。 当上述电解过程进行1～2 min后，打开K1，断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表(或发光二极管、音乐盒等)相连，闭合K2，现象为：电流表指针发生偏转。 问题和讨论
列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理。
1．关于电解水的实验说法正确的是() A．为了增加水的导电能力，可以加入氯化钠固体 B．电解水阳极生成氧气，电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ C．阴极区溶液的pH不断减小 D．在两极滴加酚酞，与电源正极相连的一极显红色 答案 B 解析A项，电解氯化钠溶液会生成氯气；C项，阴极区2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，pH 不断增大；D项，与正极相连的为阳极，生成H＋，不显红色。 2．关于氢氧燃料电池说法正确的是() A．正极发生氧化反应，负极发生还原反应 B．若电解质溶液为H2SO4溶液，硫酸根离子移向正极 C．若电解质溶液为KOH溶液，随着反应的进行，溶液的pH不变 D．氢氧燃料电池是一种绿色电池，未来有很大的发展前景 答案 D 3．将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是() A．上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质 B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用 C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH－12e－===2CO2↑＋3H2O D．以KOH溶液作为电解质溶液，甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－