高中化学《燃料电池》优质教学课件设计
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燃料电池原理及应用ppt课件
❖ 为了尽可能地减少损失、提高效率，火力发电站不得不达到 一定大的规模。核能发电，除了利用核分裂产生热能外，其 他的与火力发电基本相同。
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20
❖ 而燃料电池则是通过氢和氧的化学反应直接得到电 流，没有中间步骤。由化学能转变为电能(加上热能) 的步骤非常简单，所以能量损失较少。这就是利用 燃料电池发电比火力发电效率更高的原因，并且还 具有即使规模小效率也较高的优点。
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3
本讲主要内容
❖ 本讲内容从燃料电池被关注的原因到其原理 和组成，以及应用领域等方面均作了简要介 绍，并且涉及到目前的开发情况等。可以作 为在更深入地学习燃料电池之前的基础知识 掌握。
❖ 希望燃料电池能被更多关心环境问题的人们 所了解。
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4
一、燃料电池的优势
❖ 燃料电池是现在最引人注目的能源装置之一，其原 理非常简单，它通过氢与氧的化学反应产生电能和 热能。因为是通过化学反应而产生电能，所以称为 “电池”，实际上是一种发电装置。
❖ 燃料电池的另一优点是，因其规模小而更容易利用 发电时排出的热量，组成发电及余热利用系统。由 于排出的热量能够有效地用于空调和水的加热等， 所以，进一步提高了能源的综合利用效率。
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21
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22
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23
解决环境问题的有效手段
❖ 21世纪面临的最大问题之一就是环境被破 坏．
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6
高效率、分散型的发电装置
❖ 通过高压线路长距离地把从遥远的大型发电 站发出的电能输送到用户，电能损失和成本 都较高，是一种低效率的方法。
❖ 然而，燃料电池不论规模大小，都可以设置 在需要电的工厂或住宅附近，因而可以提高 综合效率。
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20
❖ 而燃料电池则是通过氢和氧的化学反应直接得到电 流，没有中间步骤。由化学能转变为电能(加上热能) 的步骤非常简单，所以能量损失较少。这就是利用 燃料电池发电比火力发电效率更高的原因，并且还 具有即使规模小效率也较高的优点。
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3
本讲主要内容
❖ 本讲内容从燃料电池被关注的原因到其原理 和组成，以及应用领域等方面均作了简要介 绍，并且涉及到目前的开发情况等。可以作 为在更深入地学习燃料电池之前的基础知识 掌握。
❖ 希望燃料电池能被更多关心环境问题的人们 所了解。
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4
一、燃料电池的优势
❖ 燃料电池是现在最引人注目的能源装置之一，其原 理非常简单，它通过氢与氧的化学反应产生电能和 热能。因为是通过化学反应而产生电能，所以称为 “电池”，实际上是一种发电装置。
❖ 燃料电池的另一优点是，因其规模小而更容易利用 发电时排出的热量，组成发电及余热利用系统。由 于排出的热量能够有效地用于空调和水的加热等， 所以，进一步提高了能源的综合利用效率。
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22
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23
解决环境问题的有效手段
❖ 21世纪面临的最大问题之一就是环境被破 坏．
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6
高效率、分散型的发电装置
❖ 通过高压线路长距离地把从遥远的大型发电 站发出的电能输送到用户，电能损失和成本 都较高，是一种低效率的方法。
❖ 然而，燃料电池不论规模大小，都可以设置 在需要电的工厂或住宅附近，因而可以提高 综合效率。
燃料电池资料PPT学习教案
Q H We
（1）
H 为反应物与生成物在经过燃料电池时的总焓差； We 为燃料电池提供的电功； Q 为燃料电池反应热。
第8页/共37页
二 燃料电池的电动势基本方程式
假设闭合电路中电流很小，反应热与有用功相 比很小，且燃料电池的工作过程又没有其他的不可 逆因素，则可近似认为其是可逆过程。
时间内，燃料电池单位工作表面积上完成的最
第10页/共37页
三 燃料电池的热量
取燃料电池及与之发生质、能交换的外界（通
常为环境介质）为系统，则系统的总熵变为:
S (S2 S1) (S2 S1)
（8
式中，(S2 S1) 为外界的熵变量；
）
(S2 S1) 为燃料电池的熵变量 设外界环境向电池的。传热量为 Q，则环境介质的熵
变量为： (S2 S1) Q T
第30页/共37页
四 熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）
MCFC是一种高温燃料电池，使用熔融碳酸盐混 合物为电解质（碳酸锂&碳酸钠或碳酸锂&碳酸钾 ）。
20世纪50年代初，MCFC由于其可作为大规模民 用发电装置而引起了全世界的重视。
20世纪80年代，被作为第二代燃料电池成为近 期实现兆瓦级商品化燃料电池电站的主要研究目标 。
第19页/共37页
第三节 各类燃料电池简介
第20页/共37页
一 碱性燃料电池
碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell）是最早研究成 功并得以应用的燃料电池 。
20世纪60年代初，碱性燃 料电池应用于阿波罗号航天 飞机，随后被用于驱动各种 设备。
AFC燃料电池摩托车
第21页/共37页
以电解质为氢氧化钾、燃料为氢、氧化剂为氧的 燃料电池为例：
燃料电池-高中化学课件(苏教版2019选择性必修1)
Your time is limited, so don't waste it living someone else's life. Don't be trapped by dogma - which is living with the results of other people's thinking. Don't let the noise of other's opinions drown out your own inner voice. And most important, have the courage to follow your heart and intuition. They somehow
题型4 陌生电池的工作原理分析
4．最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的 是C
A．右边吸附层中发生了还原反应 B．负极的电极反应是 H2－2e－＋2OH－=2H2O C．电池的总反应是 2H2＋O2=2H2O
D．电解质溶液中
Na＋向右移动，
ClO
4
向左移动
谢谢
居敬持志，循序致精
其电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O 碱性及中性溶液：O2-与H2O结合，生成OH-，
其电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-
熔融碳酸盐中：O2-与CO32-不能结合，只能和CO2结合生成CO32-， 其电极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32-
允许O2-通过的高温固体： O2+4e-=2O2-
负极： H2－2e－ ＋CO32- =H2O ＋CO2
正极： O2＋4e－ ＋2CO2 = 2CO32-
题型4 陌生电池的工作原理分析
4．最近，科学家研发了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法不正确的 是C
A．右边吸附层中发生了还原反应 B．负极的电极反应是 H2－2e－＋2OH－=2H2O C．电池的总反应是 2H2＋O2=2H2O
D．电解质溶液中
Na＋向右移动，
ClO
4
向左移动
谢谢
居敬持志，循序致精
其电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O 碱性及中性溶液：O2-与H2O结合，生成OH-，
其电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-
熔融碳酸盐中：O2-与CO32-不能结合，只能和CO2结合生成CO32-， 其电极反应式为O2+2CO2+4e-=2CO32-
允许O2-通过的高温固体： O2+4e-=2O2-
负极： H2－2e－ ＋CO32- =H2O ＋CO2
正极： O2＋4e－ ＋2CO2 = 2CO32-
高中化学《燃料电池》优质课教学设计、教案
交流
了解学生对上
节课重点知识
的掌握情况并
为本节课学习
打好基础。
【实验探究】
探究氢氧燃料电池
学生分组完成实验， 并观察记录实验现象。
创设情景， 培养学生的合作观察动手实验
的能力。
【思考交流1】
1运用原电池原理小组交流来描述氢氧
燃料电池的工作原理。
2书写氢氧燃料电池的电极反应和总反
应。
3燃料电池的优点和缺点。
人教版选修4第四章
《燃料电池》教学设计
课题
燃料电池
教学目标
（一）知识与技能目标
1.复习原电池的化学原理并理解运用。
2.通过实验模拟探究氢氧燃料电池的工作原理。并能书写燃料电池的电极反应。
（二）过程与方法目标
1.通过实验培养学生观察能力与分析思维能力，并通过了解氢氧电池的特点而增强环保意识。
2.引导学生通过解决实际问题为进行探究学习方法，并深刻理解化学守恒观和微粒观在解决具体问题中的应用。
（三）情感态度与价值观目的
1.激发学生的学习兴趣与投身科学追求真理的积极情感。
2体验科学探究的艰辛与愉悦，增强为人类的文明进步学
习化学的责任感和使命感。
教学重点
1原电池原理在燃料电池中的运用
2守恒观和微粒观在解题中的应用
教学难点
燃料电池电极反应的书写。
教学方法
分析类比法、实验探究法、讲授法
仪器、用
品
多媒体；燃料电池制取实验仪器、实验药品；
教师活动
学生活动
设计意图
【图片导课】幻灯片展示新闻图片
学生观察
了解电池的发
展现状
引入新课:上节课我们已经学习了原电池的工作原理以，本节课我们重点学习
了解学生对上
节课重点知识
的掌握情况并
为本节课学习
打好基础。
【实验探究】
探究氢氧燃料电池
学生分组完成实验， 并观察记录实验现象。
创设情景， 培养学生的合作观察动手实验
的能力。
【思考交流1】
1运用原电池原理小组交流来描述氢氧
燃料电池的工作原理。
2书写氢氧燃料电池的电极反应和总反
应。
3燃料电池的优点和缺点。
人教版选修4第四章
《燃料电池》教学设计
课题
燃料电池
教学目标
（一）知识与技能目标
1.复习原电池的化学原理并理解运用。
2.通过实验模拟探究氢氧燃料电池的工作原理。并能书写燃料电池的电极反应。
（二）过程与方法目标
1.通过实验培养学生观察能力与分析思维能力，并通过了解氢氧电池的特点而增强环保意识。
2.引导学生通过解决实际问题为进行探究学习方法，并深刻理解化学守恒观和微粒观在解决具体问题中的应用。
（三）情感态度与价值观目的
1.激发学生的学习兴趣与投身科学追求真理的积极情感。
2体验科学探究的艰辛与愉悦，增强为人类的文明进步学
习化学的责任感和使命感。
教学重点
1原电池原理在燃料电池中的运用
2守恒观和微粒观在解题中的应用
教学难点
燃料电池电极反应的书写。
教学方法
分析类比法、实验探究法、讲授法
仪器、用
品
多媒体；燃料电池制取实验仪器、实验药品；
教师活动
学生活动
设计意图
【图片导课】幻灯片展示新闻图片
学生观察
了解电池的发
展现状
引入新课:上节课我们已经学习了原电池的工作原理以，本节课我们重点学习
燃料电池简介PPT课件
16 公斤（35 磅）重的 UATC（包含了 6 公斤有效载 荷）可通过燃料电池动力系统实现 6 小时飞行，其 而没有毒气的排放。
谢谢
1.燃料电池的概述
燃料电池（full Cell）是一种将持续供给的燃料和氧 化剂中的化学能连续不断地直接转化为电能的电化 学装置。
燃料电池在原理和结构上和普通电池（battery）完 全不同。燃料电池的活性物质是存储在电池之外， 只要不断地供给燃料和氧化物就一直能发电，因而 容量是无限的。而电池的容量是有限的，活性物质 一旦消耗完，电池的寿命就终止。
4.燃料电池的应用
2017年10月12日，陆地方舟新型氢电混合燃料电池客 车在第十二届深圳国际物流与交通运输博览会(简称 “物博会”)上正式发布，新车为8.3米考斯特车型， 加氢5分钟，充电12分钟，续航可达550km，该车也 是我国发布的首台8米考斯特车型氢燃料电池客车。
垂直起降长续航燃料电池监测无人机亮相2017智慧 城市峰会。
2.燃料电池反应动力学
定义：对燃料电池反应过程的研究。 目的：解释燃料电池的反应过程如何导致性能损失。
活化能垒
Butler-Volmer方程
阐述电化学反应产生的电流随活化过电势的变化。
Butler-Volmer方程函数曲线
由图可以看出，如 果我们想从电池中 获得更多电流，就 必须以损失电压为 代价
PEMFC的结构
电解质膜非常薄
电解质膜两边是一层薄的 催化剂和多孔的碳电极支 撑材料。
形成 电极-催化剂-膜-催化 剂-电极 结构。
结构示意图
PEMFC的优缺点
优点： 1.在所有燃料电池类型中功率密度最高； 2.有好的开关能力； 3.低温度工作环境使之适合便携式应用。
缺点： 1.电池材料成本高； 2.需要良好的动态水管理； 3.对CO和S的容忍度很差
谢谢
1.燃料电池的概述
燃料电池（full Cell）是一种将持续供给的燃料和氧 化剂中的化学能连续不断地直接转化为电能的电化 学装置。
燃料电池在原理和结构上和普通电池（battery）完 全不同。燃料电池的活性物质是存储在电池之外， 只要不断地供给燃料和氧化物就一直能发电，因而 容量是无限的。而电池的容量是有限的，活性物质 一旦消耗完，电池的寿命就终止。
4.燃料电池的应用
2017年10月12日，陆地方舟新型氢电混合燃料电池客 车在第十二届深圳国际物流与交通运输博览会(简称 “物博会”)上正式发布，新车为8.3米考斯特车型， 加氢5分钟，充电12分钟，续航可达550km，该车也 是我国发布的首台8米考斯特车型氢燃料电池客车。
垂直起降长续航燃料电池监测无人机亮相2017智慧 城市峰会。
2.燃料电池反应动力学
定义：对燃料电池反应过程的研究。 目的：解释燃料电池的反应过程如何导致性能损失。
活化能垒
Butler-Volmer方程
阐述电化学反应产生的电流随活化过电势的变化。
Butler-Volmer方程函数曲线
由图可以看出，如 果我们想从电池中 获得更多电流，就 必须以损失电压为 代价
PEMFC的结构
电解质膜非常薄
电解质膜两边是一层薄的 催化剂和多孔的碳电极支 撑材料。
形成 电极-催化剂-膜-催化 剂-电极 结构。
结构示意图
PEMFC的优缺点
优点： 1.在所有燃料电池类型中功率密度最高； 2.有好的开关能力； 3.低温度工作环境使之适合便携式应用。
缺点： 1.电池材料成本高； 2.需要良好的动态水管理； 3.对CO和S的容忍度很差
《燃料电池》课件
《燃料电池》PPT课件
这是《燃料电池》PPT课件，通过本课件，你将了解燃料电池的定义、工作原 理、构成、应用以及未来发展和趋势。让我们一起探索这个令人兴奋的领域 吧！
什么是燃料电池
燃料电池的定义
燃料电池是一种将化学能直接 转化为电能的装置，通过电化 学反应实现电能的产生。
燃料电池的工作原理
燃料电池通过氧化还原反应将 燃料（如氢气）和氧气在电解 质中进行电化学反应，产生电 能。
燃料电池的优缺点
燃料电池具有高效能源转化、环 保、低噪音等优点，但成本和氢 气供应等问题仍需解决。
燃料电池的应用
1
燃料电池在交通运输领域的应用
燃料电池汽车逐渐成为替代传统燃油汽车的绿色交通选择，减少尾气排放。
2
燃料电池在能源领域的应用
燃料电池可以作为一种清洁的能源来源，在无电网的地区提供电力供应。
3
燃料电池在军事领域的应用
燃料电池系统可以为军事设备提供可靠的能源支持，降低依赖传统燃油的风险。
燃料电池的未来发展与趋势
燃料电池技术的发展历程
燃料电池技术经过多年的研发和改 进，取得了巨大继续朝着高效、便携、 可再生能源和可持续发展的方向发 展。
燃料电池未来的应用前景
燃料电池有望在交通运输、能源供 应等领域发挥更大的作用，推动可 持续发展。
感谢阅读
通过本《燃料电池》PPT课件，希望您对燃料电池有了更深入的了解。谢谢！
燃料电池种类介绍
常见的燃料电池类型有聚合物 电解质燃料电池（PEMFC）、 固体氧化物燃料电池（SOFC） 等。
燃料电池的构成
燃料电池的主要组成 部分
燃料电池由氢气供应系统、氧气 供应系统、电解质、电极和电流 收集系统等组成。
这是《燃料电池》PPT课件，通过本课件，你将了解燃料电池的定义、工作原 理、构成、应用以及未来发展和趋势。让我们一起探索这个令人兴奋的领域 吧！
什么是燃料电池
燃料电池的定义
燃料电池是一种将化学能直接 转化为电能的装置，通过电化 学反应实现电能的产生。
燃料电池的工作原理
燃料电池通过氧化还原反应将 燃料（如氢气）和氧气在电解 质中进行电化学反应，产生电 能。
燃料电池的优缺点
燃料电池具有高效能源转化、环 保、低噪音等优点，但成本和氢 气供应等问题仍需解决。
燃料电池的应用
1
燃料电池在交通运输领域的应用
燃料电池汽车逐渐成为替代传统燃油汽车的绿色交通选择，减少尾气排放。
2
燃料电池在能源领域的应用
燃料电池可以作为一种清洁的能源来源，在无电网的地区提供电力供应。
3
燃料电池在军事领域的应用
燃料电池系统可以为军事设备提供可靠的能源支持，降低依赖传统燃油的风险。
燃料电池的未来发展与趋势
燃料电池技术的发展历程
燃料电池技术经过多年的研发和改 进，取得了巨大继续朝着高效、便携、 可再生能源和可持续发展的方向发 展。
燃料电池未来的应用前景
燃料电池有望在交通运输、能源供 应等领域发挥更大的作用，推动可 持续发展。
感谢阅读
通过本《燃料电池》PPT课件，希望您对燃料电池有了更深入的了解。谢谢！
燃料电池种类介绍
常见的燃料电池类型有聚合物 电解质燃料电池（PEMFC）、 固体氧化物燃料电池（SOFC） 等。
燃料电池的构成
燃料电池的主要组成 部分
燃料电池由氢气供应系统、氧气 供应系统、电解质、电极和电流 收集系统等组成。
燃料电池PPT课件
燃料电池的发展现状
PEM：质子交换膜燃料电池； SOFC：固体氧化物燃料电池； AFC：碱性燃料电池；
DMFC：直接甲醇燃料电池； MCFC：熔融碳酸盐型燃料电池； PAFC：磷酸盐型燃料电池
• 燃料电池是一个电化学系统，由三个主要
部分组成
• 燃料电池的工作原理 • 燃料电池能量转化 • 燃料电池的类型
纪秀磊，话说能源[J].说说燃料电池,2011(11).
PEMFC能用于商业化汽车
• 能源储备、过度开采，环境问题将得到缓解。 • 燃料电池技术因具备低污染、高能源转换效率的
特性，更能满足人类高效、环保的需求。 • 具有更高的能源密度。紧急备用发电机、住宅用
热电共生系统、UPS、分布式发电系统、军事国防、 太空与运输工具领域、机器人、笔记型计算机、 PDA、手机等便携电子产品、便携电源、搬运工具、 电动辅助/代步车等
跟不合理操作条件。
氢燃料的制备、储存及运输等使 FCV难以实现产业化。
结语
• 油价飙升、电价太贵，燃料电池成为未来 家庭能源供应相对便宜的选择，也是目前 最令人满意的解决方案。在固定电站、电 动车、军用特种电源、可移动电源等方面 都有广阔的应用前景。
• 高效、洁净的燃料电池必将在未来的高效、 清洁发电技术中占有一席之地。但是，资 金、技术、观念、基础设施上还有许多需 要克服的困难。
制约PEMFC商业化的主要因素
• 成本高 • 寿命短 • 燃料问题
轿车用燃料电池发动机 要求燃料电池堆具有 3000~5000h的运行寿 命。
公共汽车燃料电池发动 机要求燃料电池堆具有 20000h以上的运行寿 命
电极
载铂量过高（目前 国际研究最新进展，
电极铂载量： 0.02mg/cm2）
PEM：质子交换膜燃料电池； SOFC：固体氧化物燃料电池； AFC：碱性燃料电池；
DMFC：直接甲醇燃料电池； MCFC：熔融碳酸盐型燃料电池； PAFC：磷酸盐型燃料电池
• 燃料电池是一个电化学系统，由三个主要
部分组成
• 燃料电池的工作原理 • 燃料电池能量转化 • 燃料电池的类型
纪秀磊，话说能源[J].说说燃料电池,2011(11).
PEMFC能用于商业化汽车
• 能源储备、过度开采，环境问题将得到缓解。 • 燃料电池技术因具备低污染、高能源转换效率的
特性，更能满足人类高效、环保的需求。 • 具有更高的能源密度。紧急备用发电机、住宅用
热电共生系统、UPS、分布式发电系统、军事国防、 太空与运输工具领域、机器人、笔记型计算机、 PDA、手机等便携电子产品、便携电源、搬运工具、 电动辅助/代步车等
跟不合理操作条件。
氢燃料的制备、储存及运输等使 FCV难以实现产业化。
结语
• 油价飙升、电价太贵，燃料电池成为未来 家庭能源供应相对便宜的选择，也是目前 最令人满意的解决方案。在固定电站、电 动车、军用特种电源、可移动电源等方面 都有广阔的应用前景。
• 高效、洁净的燃料电池必将在未来的高效、 清洁发电技术中占有一席之地。但是，资 金、技术、观念、基础设施上还有许多需 要克服的困难。
制约PEMFC商业化的主要因素
• 成本高 • 寿命短 • 燃料问题
轿车用燃料电池发动机 要求燃料电池堆具有 3000~5000h的运行寿 命。
公共汽车燃料电池发动 机要求燃料电池堆具有 20000h以上的运行寿 命
电极
载铂量过高（目前 国际研究最新进展，
电极铂载量： 0.02mg/cm2）
燃料电池(课件)
得失电子数目的求算
燃料分子失电子的数目，可根据整体化合价变化情况 进行求算，也可以直接根据分子所含的原子数目进行 计算。1mol的CxHyOz失去电子的数目为4x+y－ 2z(碳四氢一氧减二)。我们可以计算，每个C₃H₈失电 子数为4×3+1×8＝20，每个C₂H₅OH分子失电子数 为4×2+1×6－2＝12。
电解质为固体电解质 （如固体氧化锆—氧 化钇）O2＋4e-=2O2-。
燃料电池负极反应式的书写
产物判断规则
一般来说，负极反应物一般为燃料，常常含有碳元素和 氢元素，有时也含有氧元素。在酸性溶液(如硫酸溶液) 下，负极燃料失电子，C元素变为+4价，转化为CO₂； H元素转化为H⁺，氧元素结合H⁺转化为水。在碱性溶 液(如氢氧化钠溶液)下，负极燃料失电子，C元素转化 为碳酸根离子，+1价的氢元素不能在碱性条件下以离 子形态稳定存在，结合OHˉ生成水，氧元素变成氢氧根 离子或者水。
谢谢
燃料电池
基础知识
燃料电池（Fuel cell），是一种不经过燃烧，将燃料化学能经过电化学反 应直接转变为电能的装置。它和其它电池中的氧化还原反应一样，都是自 发的化学反应，不会发出火焰，其化学能可以直接转化为电能，且废物排 放量很低。其中燃料电池电化学反应的最终产物与燃料燃烧的产物相同
基础知识
燃料电池的两极材料都是用多孔碳、多孔镍、铂、钯等兼有催化剂特性 的惰性金属，两电极的材料相同。 燃料电池的电极是由通入气体的成分来决定。通入可燃物的一极为负极 ，可燃物在该电极上发生氧化反应；通入空气或氧气的一极为正极，氧 气在该电极上发生还原反应。
量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误；【答案】C
真题突破
（2019·全国高考真题）利用生物燃料电池原理研究室温下氨 的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意 图如下所示。下列说法错误的是
高中化学《燃料电池实验》精品说课课件
3，通过学生的讨论，得出课本该燃料电 池的几个缺点：如通入氢气，氧气比较麻 烦；质子交换膜实验室不易得到；氢气和 氧气在碳棒上不易聚集，产生的电流可能 很小等（该结论不易得出，可由老师给 出）。
4，学生讨论设计更好的实验方案。（老 师给一些提示：比如碳棒可以用很多铅笔 芯代替以增加接触面积，为防止气体逸出 可以用棉花包裹或者用笔套套住等）
燃料电池实验
说课
目录
教学目标 内容设计 实验方法设计 教学过程设计 教学反思 自我评价
实验教学目标
人教版选修4第四章第二节《化学电源》（77页）这一节内容中， 设计了一个氢氧燃料电池装置。该装置图如下图所示
▪ 缺点：
该装置在课堂教学过程中可操作性不强，需要制 取氢气，氧气，很麻烦，而且氢气，氧气在碳棒 上不容易聚集，产生的电流很微弱。一般只能作 为理论解释，不能实际操作。
2，通过预阅读课本相关内容，分组讨论并回答
？问题2：燃料电池的工作原理是怎样 的？外电路中电子，内电路中阴阳离子 的流动方向是怎样的？
？问题3：写出该燃料电池的正负极电极 反应式？
？问题4：按照课本图4-6完成该实验，在 我们现有实验条件下你认为有什么困难吗？ 你能设计一个更好的实验方案来验证验证 燃料电池的工作原理吗？
▪ 按图连接好装置，电解约一分钟，可以看到笔套分别产生大量氢气，
氧气，拿掉电池，测量该燃料电池的电压约为1.4V，若接通电子贺卡
可以清楚的听到音乐声。
教学过程设计
▪ 1，回顾原电池的相关知识，主要是原电池
的构成条件，正负极的特点等。
？问题1：原电池的构成条件之一是有两
个活性不同的电极，那么如果两个电极的 活性一样是否就一定不能构成原电池呢？ （通过问题引起学生思考，讨论）
燃料电池课件PPT(47页)
采用非铂系催化剂
化学性质稳定
缺点：
氧化剂中必须不含有CO2。 燃料中必须不含CO2 电池电化学反应生成的水必须及时排出，维持水
平衡。
磷酸盐燃料电池（PAFC)
PAFC 是一种以磷酸为电解质的燃料电池 。 PAFC采用重整天然气作燃料，空气作氧化剂， 浸有浓磷酸的SiC 微孔膜作电解质 ， Pt/C 作 催化剂 ，工作温度 200℃ 。
具体做法是将全氟磺酸树脂玻璃化温度下施加一定压力，将以加入全氟磺酸树脂的氢电极（ 阳极 ）、隔膜( 全氟磺酸型质 子交换膜) 和 已加入全氟磺酸树脂的氧电极（阴极）压和在一起，形成了电极-膜-电极三合一组 件 ，
200℃左右 ，能量 SOFC的电解质是固体氧化物 ， 如 ZrO2 、 Bi2O3 等 ， 其阳 极是Ni-YSZ陶瓷 ， 阴 极目前主要采用 锰酸镧 (LSM，La1-xSrxMnO3 ) 材料。
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。
碱性燃料电池工作示意图
AFC电极的制备工艺
AFC的电极设计要求电极具有高度稳定性的气、液、 固三相界面。
双孔结构电极 电极分两层，粗孔层和细孔层，粗孔层与 气室相连，细孔层与电解质接触。电极工作时，粗孔层 内充满反应气体，细孔层内填满电解液。细 孔层的电解 液浸润粗孔层，液气界面形成并发生电化学反应，离子 和水在电解液中传递，而电子则在构成粗孔层和细孔层 的合金骨架内传导 。
黏结型电极 是将亲水的导电体（ 如电催化剂材料铂 ／ 碳 ）与具有粘结能力的防水剂 （ 如聚四氟乙烯乳液 ） 按比例混合制成电极。 它在微观尺度上是相互交错的两 相体系，由防水剂构成的疏水网络为反应气体提供内部 的扩散通道；由电催化剂构成 的亲水网络可以被电解液 充满浸润，它为水和OH- 提供通道的同时，也为电子的 传导提供通道。
化学性质稳定
缺点：
氧化剂中必须不含有CO2。 燃料中必须不含CO2 电池电化学反应生成的水必须及时排出，维持水
平衡。
磷酸盐燃料电池（PAFC)
PAFC 是一种以磷酸为电解质的燃料电池 。 PAFC采用重整天然气作燃料，空气作氧化剂， 浸有浓磷酸的SiC 微孔膜作电解质 ， Pt/C 作 催化剂 ，工作温度 200℃ 。
具体做法是将全氟磺酸树脂玻璃化温度下施加一定压力，将以加入全氟磺酸树脂的氢电极（ 阳极 ）、隔膜( 全氟磺酸型质 子交换膜) 和 已加入全氟磺酸树脂的氧电极（阴极）压和在一起，形成了电极-膜-电极三合一组 件 ，
200℃左右 ，能量 SOFC的电解质是固体氧化物 ， 如 ZrO2 、 Bi2O3 等 ， 其阳 极是Ni-YSZ陶瓷 ， 阴 极目前主要采用 锰酸镧 (LSM，La1-xSrxMnO3 ) 材料。
碱性燃料电池的工作温度大约80℃。
碱性燃料电池工作示意图
AFC电极的制备工艺
AFC的电极设计要求电极具有高度稳定性的气、液、 固三相界面。
双孔结构电极 电极分两层，粗孔层和细孔层，粗孔层与 气室相连，细孔层与电解质接触。电极工作时，粗孔层 内充满反应气体，细孔层内填满电解液。细 孔层的电解 液浸润粗孔层，液气界面形成并发生电化学反应，离子 和水在电解液中传递，而电子则在构成粗孔层和细孔层 的合金骨架内传导 。
黏结型电极 是将亲水的导电体（ 如电催化剂材料铂 ／ 碳 ）与具有粘结能力的防水剂 （ 如聚四氟乙烯乳液 ） 按比例混合制成电极。 它在微观尺度上是相互交错的两 相体系，由防水剂构成的疏水网络为反应气体提供内部 的扩散通道；由电催化剂构成 的亲水网络可以被电解液 充满浸润，它为水和OH- 提供通道的同时，也为电子的 传导提供通道。
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下面我们通过小组实验来探究氢氧燃料电池。
注意： 1 、制氢瓶中的液体严禁流入电池内。 2 、注意安全问题 3 、仔细观察现象，如实记录。
思考与交流 1
1 、运用原电池原理小组交流来描述氢氧燃料电池的工作原理。 2 、书写氢氧燃料电池的电极反应和总反应。 3 、燃料电池的优点和缺点。
写出燃料电池电极反应
关 A.
于该电池的叙述正确的是 该电池能够在高温下工作
(
B
)
B. 电池的负极反应为 :C6H12O6+6H2O-24e- = 6CO2↑+24H+
C. 放电过程中 ,H+ 从正极区向负极区迁移
D. 在电池反应中 , 每消耗 1 mol 氧气, 理论上能生成标准状况
下 CO2 气体 11.2 L
4 、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视， 可用 Li2CO3 和 Na2CO3 的熔融盐混合物作电解质， CO 为阳 极燃气，空气与 CO2 的混合气为阴极燃气，制得在 65℃ 下 工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 负极反应式： 2CO+2CO32-=4CO2+4e
CH4-8e-+10OH-=CO；32-+通7H入2O 氧气的一极为
，
电正极极反应为
O2+4e-+2H2O=4OH-
，总反
应 为 CH +2O +2KOH=K CO +3H O 。
4
2
23
2
思考与交流 41 :、燃料电池负极通入什么气体？
2、正极通入什么气体？不同燃料电池（相同电解质）正极反应是否 有什么不同、 3 、总反应的本质反应实际相当于什么反应，怎么写？ 4 、影响电极反应的主要是什么？ 燃料电池解题规律：
正极反应式： O2+4e-+2CO2=2CO32-
总反应式： 2CO+O2=2CO2
请同学们用思维导图对本节课重点知识做一下总结 ，组内交流完善。
作业：请同学们课下及时整理复习并完成导学案 的相关习题。
考 问题（既配平时缺电荷要补充电解质中存在的微粒）
若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应
典型例
题
将铂丝插入 KOH 溶液作电极，然后向两个电极
上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由
于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃
料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲
烷的一极为 负极，这一极的电极反应为
课堂达标
1 、氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。 关于以 KOH 为电解质的氢氧燃料电池叙述错误的是（
A ）
A 、氢氧燃料电池直接把热能转化为电能 B 、电子从负极出发，沿导线流向正极 C 、负极反应式为 H2+2OH--2e- =2H2O D 、电解质 KOH 的物质的量不发生变化
2 、乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂 , 在 200 ℃ 左右时供电 , 电池总反应式为 C2H5OH+3O2==2CO2+3H2O, 电池示意图如下, 下
【盐桥的作用】
盐桥
形成通路导电
e-(→KCl)←I
平衡电荷
×
负 极 Zn
Cu
正极
Zn-2e- =Zn2+
氧化反 应 半电池 反应
ZnSO4
CuSO4
Zn+Cu2 +=Zn2 + +Cu
Cu2++2e- =Cu
还原反 应 半电池 反应
原电池原理（负氧正还）
• 原电池的两极的材料
• 负极: 活泼金属为负极 • 正极：活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极； • 负氧正还
燃料电池
介质
电池反应： 2H2 + Ｏ２ = 2H2O
酸性 碱性
负极
正极 负极 正极
2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
迁移运用：
若为固体电解质，电极反应如何书写？
固体燃料电池
介质
电池反应： 2H2 + Ｏ２ = 2H2O
负极
2H2 - 4e- +2O2 － = 2H2O
正极
O2 + 4e-= 2O2 －
负极
2H2 - 4e- = 4H+
正极
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
思考与交流 3 ：
同样是氢氧燃料电池为什么反应不同，主要是什么影响的 ？ 电解质溶液中不同微粒对反应的影响，从微 粒 观 和守 恒 观 的角度思
同济大学研制的燃料电池汽车－超越 3 号
神舟六号燃料电池发电系统 神舟六号燃料电池发电系统
复习巩 固
根据氧化还原反应 Zn+Cu2+=Zn2++Cu （ 1 ）画出 Cu-Zn-CuSO4 原电池装置图 ( 双液原电池） （ 2 ）标上正负极 （ 3 ）标上电子流动方向、离子的移动方向。 （ 4 ）写出电极反应式，总电极反应式。
氢氧燃料电池
酸性电解质： 负极： 2H2-4e-==4H+ 正极： O2+4H++4e-==2H2O 总反应： 2H2+O2==2H2O
优点：能量转换率高、清洁、对环境友好 缺点：体积较大、附属设备较多
思考与交流 2：若将电解质溶液改为碱性电解质（如氢氧
化钠），电极反应如何书写？
碱性介质 负 极 : 2H2-4e-+4OH-==4H2O 正 极 : O2+2H2O+4e-==4OH总反应 : 2H2+O2==2H2O
列说法中正确的是 (B )
A. 电池工作时 , 质子向电池的负极迁移 B. 电池工作时 , 电流由b 极沿导线流向a 极 C.a 极上发生的电极反应是 C2H5OH+3H2O+12e-==2CO2+12H+ D.b 极上发生的电极反应是 2H2O+O2+4e-==4OH-
3 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
1 、负极通燃料，正极通氧气或其他氧化剂。 2、总反应就是燃烧反应 ( 注意电解质的影 响） 3 、不同电解质对电极反应的影响。
4 、 运 用 守 恒 观 （方程式配平的思想） 和 微 粒 观 （从微粒角 度分析，如＋ 4 价的C 在酸性溶液中以 CO2 形式存在，在碱性 溶液中以 CO32 －形式存在）思考问题。
• 负极：氧化反应 向负极
失电子
电子流出
阴离子流
• 正极：还原反应 向正极
• 据现象判断
得电子Biblioteka 电子流入阳离子流• 质量减少的一极为负极， • 增重或者有气泡放出的一极为正极 .
大有发展前景的燃料电池
• 燃料电池是利用氢气、天然气 CH4 、甲醇CH3OH 等燃料与 氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能 的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近 8 0 % ，约为 火力发电的 2 倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电 池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池 发明于 19 世纪 3 0 年代末，经反复试验、改进，到 2 0 世纪 6 0 年代进入实用阶段。
的环境和动力发生深刻变化。”
我国新能源汽车发展迅速， 2 月 1 日，比亚迪在媒体答谢会上宣布了 2018 年的纯电 动新车计划
使用氢氧燃料电池动力 的法国产标致 TAXI
使用氢氧燃料电池动力 的法国产标致 TAXI
我国自主研发的燃料电池车
我国自主研发的燃料电池车
同济大学研制的燃料电池汽车－超越 3 号
化学人教版选修 四
第四章 电化学基础
燃料电池
工信部副部长辛国斌：“当前，许多国家纷纷调整发展战略，在新能源、智能网联产业加快产业布 局，抢占新一轮制高点，一些国家已经制订了停止生产销售传统能源汽车的时间表。“目前工信部 也启动了相关研究，也将会同相关部门制定我国的时间表，这些举措必将推动我国汽车产业发展
注意： 1 、制氢瓶中的液体严禁流入电池内。 2 、注意安全问题 3 、仔细观察现象，如实记录。
思考与交流 1
1 、运用原电池原理小组交流来描述氢氧燃料电池的工作原理。 2 、书写氢氧燃料电池的电极反应和总反应。 3 、燃料电池的优点和缺点。
写出燃料电池电极反应
关 A.
于该电池的叙述正确的是 该电池能够在高温下工作
(
B
)
B. 电池的负极反应为 :C6H12O6+6H2O-24e- = 6CO2↑+24H+
C. 放电过程中 ,H+ 从正极区向负极区迁移
D. 在电池反应中 , 每消耗 1 mol 氧气, 理论上能生成标准状况
下 CO2 气体 11.2 L
4 、熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视， 可用 Li2CO3 和 Na2CO3 的熔融盐混合物作电解质， CO 为阳 极燃气，空气与 CO2 的混合气为阴极燃气，制得在 65℃ 下 工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 负极反应式： 2CO+2CO32-=4CO2+4e
CH4-8e-+10OH-=CO；32-+通7H入2O 氧气的一极为
，
电正极极反应为
O2+4e-+2H2O=4OH-
，总反
应 为 CH +2O +2KOH=K CO +3H O 。
4
2
23
2
思考与交流 41 :、燃料电池负极通入什么气体？
2、正极通入什么气体？不同燃料电池（相同电解质）正极反应是否 有什么不同、 3 、总反应的本质反应实际相当于什么反应，怎么写？ 4 、影响电极反应的主要是什么？ 燃料电池解题规律：
正极反应式： O2+4e-+2CO2=2CO32-
总反应式： 2CO+O2=2CO2
请同学们用思维导图对本节课重点知识做一下总结 ，组内交流完善。
作业：请同学们课下及时整理复习并完成导学案 的相关习题。
考 问题（既配平时缺电荷要补充电解质中存在的微粒）
若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应
典型例
题
将铂丝插入 KOH 溶液作电极，然后向两个电极
上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由
于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃
料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲
烷的一极为 负极，这一极的电极反应为
课堂达标
1 、氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。 关于以 KOH 为电解质的氢氧燃料电池叙述错误的是（
A ）
A 、氢氧燃料电池直接把热能转化为电能 B 、电子从负极出发，沿导线流向正极 C 、负极反应式为 H2+2OH--2e- =2H2O D 、电解质 KOH 的物质的量不发生变化
2 、乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂 , 在 200 ℃ 左右时供电 , 电池总反应式为 C2H5OH+3O2==2CO2+3H2O, 电池示意图如下, 下
【盐桥的作用】
盐桥
形成通路导电
e-(→KCl)←I
平衡电荷
×
负 极 Zn
Cu
正极
Zn-2e- =Zn2+
氧化反 应 半电池 反应
ZnSO4
CuSO4
Zn+Cu2 +=Zn2 + +Cu
Cu2++2e- =Cu
还原反 应 半电池 反应
原电池原理（负氧正还）
• 原电池的两极的材料
• 负极: 活泼金属为负极 • 正极：活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极； • 负氧正还
燃料电池
介质
电池反应： 2H2 + Ｏ２ = 2H2O
酸性 碱性
负极
正极 负极 正极
2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O 2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
迁移运用：
若为固体电解质，电极反应如何书写？
固体燃料电池
介质
电池反应： 2H2 + Ｏ２ = 2H2O
负极
2H2 - 4e- +2O2 － = 2H2O
正极
O2 + 4e-= 2O2 －
负极
2H2 - 4e- = 4H+
正极
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
思考与交流 3 ：
同样是氢氧燃料电池为什么反应不同，主要是什么影响的 ？ 电解质溶液中不同微粒对反应的影响，从微 粒 观 和守 恒 观 的角度思
同济大学研制的燃料电池汽车－超越 3 号
神舟六号燃料电池发电系统 神舟六号燃料电池发电系统
复习巩 固
根据氧化还原反应 Zn+Cu2+=Zn2++Cu （ 1 ）画出 Cu-Zn-CuSO4 原电池装置图 ( 双液原电池） （ 2 ）标上正负极 （ 3 ）标上电子流动方向、离子的移动方向。 （ 4 ）写出电极反应式，总电极反应式。
氢氧燃料电池
酸性电解质： 负极： 2H2-4e-==4H+ 正极： O2+4H++4e-==2H2O 总反应： 2H2+O2==2H2O
优点：能量转换率高、清洁、对环境友好 缺点：体积较大、附属设备较多
思考与交流 2：若将电解质溶液改为碱性电解质（如氢氧
化钠），电极反应如何书写？
碱性介质 负 极 : 2H2-4e-+4OH-==4H2O 正 极 : O2+2H2O+4e-==4OH总反应 : 2H2+O2==2H2O
列说法中正确的是 (B )
A. 电池工作时 , 质子向电池的负极迁移 B. 电池工作时 , 电流由b 极沿导线流向a 极 C.a 极上发生的电极反应是 C2H5OH+3H2O+12e-==2CO2+12H+ D.b 极上发生的电极反应是 2H2O+O2+4e-==4OH-
3 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。
1 、负极通燃料，正极通氧气或其他氧化剂。 2、总反应就是燃烧反应 ( 注意电解质的影 响） 3 、不同电解质对电极反应的影响。
4 、 运 用 守 恒 观 （方程式配平的思想） 和 微 粒 观 （从微粒角 度分析，如＋ 4 价的C 在酸性溶液中以 CO2 形式存在，在碱性 溶液中以 CO32 －形式存在）思考问题。
• 负极：氧化反应 向负极
失电子
电子流出
阴离子流
• 正极：还原反应 向正极
• 据现象判断
得电子Biblioteka 电子流入阳离子流• 质量减少的一极为负极， • 增重或者有气泡放出的一极为正极 .
大有发展前景的燃料电池
• 燃料电池是利用氢气、天然气 CH4 、甲醇CH3OH 等燃料与 氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能 的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近 8 0 % ，约为 火力发电的 2 倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电 池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池 发明于 19 世纪 3 0 年代末，经反复试验、改进，到 2 0 世纪 6 0 年代进入实用阶段。
的环境和动力发生深刻变化。”
我国新能源汽车发展迅速， 2 月 1 日，比亚迪在媒体答谢会上宣布了 2018 年的纯电 动新车计划
使用氢氧燃料电池动力 的法国产标致 TAXI
使用氢氧燃料电池动力 的法国产标致 TAXI
我国自主研发的燃料电池车
我国自主研发的燃料电池车
同济大学研制的燃料电池汽车－超越 3 号
化学人教版选修 四
第四章 电化学基础
燃料电池
工信部副部长辛国斌：“当前，许多国家纷纷调整发展战略，在新能源、智能网联产业加快产业布 局，抢占新一轮制高点，一些国家已经制订了停止生产销售传统能源汽车的时间表。“目前工信部 也启动了相关研究，也将会同相关部门制定我国的时间表，这些举措必将推动我国汽车产业发展