氢氧燃料电池原理

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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

正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。

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,在酸溶液中负极反应式为:2H2-4e-==4H+ 正极反应式为:O2+4H++4e-==2H2O;如是在碱溶液中,则不可能有H+出现,在酸溶液中,也不可能出现OH-。