燃料電池全面總結(jié)

1、.燃料電池全面總結(jié)燃料電池全面總結(jié).一 定義：燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒，將燃燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒，將燃 料化學(xué)能經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芰匣瘜W(xué)能經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?的裝置的裝置。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：高效、環(huán)保。：高效、環(huán)保。 注注 ：（1）兩電極材料可以相同，只起導(dǎo)電的作用。）兩電極材料可以相同，只起導(dǎo)電的作用。（2）反應(yīng)物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而由外設(shè)裝）反應(yīng)物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而由外設(shè)裝 備提供燃料和氧化劑。備提供燃料和氧化劑。 通燃料的電極為負(fù)極，通氧氣的電極為正極。通燃料的電極為負(fù)極，通氧氣的電極為正極。?？既剂希撼？既剂希篐2 CO CH4 C2H6(乙烷）乙烷）C3H8(丙

2、烷）丙烷） CH3OH C2H5OH NH3 N2H4(肼肼) . 兩極為石墨電極，兩極為石墨電極，電解質(zhì)是硫酸溶液。電解質(zhì)是硫酸溶液。 負(fù)極：負(fù)極： 正極：正極： 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 二二 燃料電池類型燃料電池類型（1）酸性電解質(zhì)溶液）酸性電解質(zhì)溶液 注：酸性溶液電荷守恒注：酸性溶液電荷守恒配配H+ 。2H2 + 4e- 4H+ O2 + 4H+ + 4e- 2H2O2H2 + O2 2H2O. 甲醇燃料電池甲醇燃料電池 酸性電解質(zhì)（鉑為兩極、電解質(zhì)稀酸性電解質(zhì)（鉑為兩極、電解質(zhì)稀H2SO4） 負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： 正極反應(yīng)：正極反應(yīng)： 總反應(yīng)離子方程式：總反應(yīng)離子方程式： 2CH3OH +

3、3O2 2CO2 + 4H2O 2CH3OH-12e-+2H2O 12H+ 2CO23O2+12e-+12H+ 6H2O . 兩極為石墨電極，兩極為石墨電極， 電解質(zhì)是電解質(zhì)是KOH溶液。溶液。 負(fù)極：負(fù)極：2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 正極：正極：O2 + 4e- + 2H2O 4OH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2 + O2 2H2O 堿性堿性 介質(zhì)介質(zhì)（2）堿性電解質(zhì)溶液）堿性電解質(zhì)溶液 注：堿性溶液電荷守恒注：堿性溶液電荷守恒配配OH- 。. 甲醇燃料電池甲醇燃料電池 堿性電解質(zhì)（鉑為兩極、電解液堿性電解質(zhì)（鉑為兩極、電解液KOH溶液）溶液） 負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)： 正極反應(yīng)：正

4、極反應(yīng)： 總反應(yīng)離子方程式：總反應(yīng)離子方程式： 2CH3OH + 3O2 + 4OH - 2CO3 2-+ 6H2O 2CH3OH 12e- + 16OH- 2CO32- +12H2O 3O2 + 12e- + 6H2O 12OH- 注：堿性條件下注：堿性條件下CO2和和OH-反應(yīng)最終生成反應(yīng)最終生成CO32-C2H5OH_12e- +16OH- 2CO32-+11H2O 思考：乙醇燃料電池在堿性條件下的負(fù)極反應(yīng)？思考：乙醇燃料電池在堿性條件下的負(fù)極反應(yīng)？.固體氧化物電解質(zhì)固體氧化物電解質(zhì) 一極通入空氣，另一極通入H2氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釔（Y2O3）的氧化鋯（ZrO2）晶體，在熔融狀態(tài)下能

5、傳導(dǎo)O2-。 。 負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：總反應(yīng)方程式：總反應(yīng)方程式：2H2 + O2 = 2H2O O2 +4e- = 2O2- 2H2 -4e- + 2O2- = 2H2O注注:固體氧化物傳遞固體氧化物傳遞O2- ，電荷守恒用，電荷守恒用O2-配。配。（3）熔融鹽電解質(zhì)）熔融鹽電解質(zhì) 思考：如題所述若將思考：如題所述若將H2換成換成C3H8(丙烷），如何寫？丙烷），如何寫？.負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：總反應(yīng)方程式：總反應(yīng)方程式：C3H8+5 O2 = 3CO2 +4 H2O C3H8 -20e-+10O2-=3CO2+4H2O 思考：如題所示若將思考：如題所示

6、若將H2換成換成C3H8(丙烷），如何寫？丙烷），如何寫？5O2 +20e- = 10O2-.熔融碳酸鹽熔融碳酸鹽 鉑為兩極、鉑為兩極、Li2CO3和和Na2CO3的熔融鹽作電解質(zhì)，的熔融鹽作電解質(zhì)，CO為負(fù)極燃?xì)猓瑸樨?fù)極燃?xì)?，空氣與空氣與CO2的混合氣為正極助燃?xì)獾幕旌蠚鉃檎龢O助燃?xì)??？偡磻?yīng)方程式總反應(yīng)方程式 ：正極反應(yīng)：正極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：2CO O2 = 2CO2 O2 4e- 2CO 4e- 2CO32- =4CO2 2CO32- 2CO2注注:熔融碳酸鹽傳遞熔融碳酸鹽傳遞CO32- ，電荷守恒用，電荷守恒用CO32-配。配。.燃料電池全面總結(jié)燃料電池全面總結(jié)酸性溶液：配酸

7、性溶液：配H+ 。（2）電極反應(yīng)產(chǎn)物）電極反應(yīng)產(chǎn)物 堿性溶液：配堿性溶液：配OH- 。（1）電荷守恒）電荷守恒規(guī)律規(guī)律2：堿性環(huán)境燃料中：堿性環(huán)境燃料中C元素最終生成元素最終生成CO32- ， 其余環(huán)境都生成其余環(huán)境都生成CO2。 熔融碳酸鹽熔融碳酸鹽:傳遞傳遞CO32- ，配，配CO32-。 固體氧化物固體氧化物:傳遞傳遞O2- ，配，配O2-。規(guī)律規(guī)律1：環(huán)境中是什么離子，電荷守恒就用該離子：環(huán)境中是什么離子，電荷守恒就用該離子 來配平。來配平。.練習(xí)練習(xí)1 分別寫出甲烷在酸性電解質(zhì)溶液、堿性電解質(zhì)溶液、熔融固體氧化物、熔分別寫出甲烷在酸性電解質(zhì)溶液、堿性電解質(zhì)溶液、熔融固體氧化物、熔融碳

8、酸鹽四種條件下的總反應(yīng)和電極反應(yīng)。融碳酸鹽四種條件下的總反應(yīng)和電極反應(yīng)。(1)酸性電解質(zhì)酸性電解質(zhì) 負(fù)極：負(fù)極： CH4 - 8e- + 2H2O = 8H+ + CO2正極：正極： 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O 總反應(yīng)：總反應(yīng)： CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O(2)堿性電解質(zhì)負(fù)極：堿性電解質(zhì)負(fù)極： CH4 - 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O正極：正極： 2O2 + 2H2O + 8e- = 8 OH- 總反應(yīng)：總反應(yīng)： CH4 + 2OH+ 2O2 = CO32- + 3H2O. (3)熔融固體氧化物熔融固體氧化物 負(fù)極：負(fù)極：CH4-8e-

9、+4O2- = CO2+2H2O 正極：正極：2O2+8e- = 4O2- 總反應(yīng)：總反應(yīng)：CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O (4)熔融碳酸鹽熔融碳酸鹽 負(fù)極：負(fù)極： CH4 -8e+4 CO32- = 5CO2+2H2O 正極正極：2O2+ 8e + 4CO2 4CO32- 總反應(yīng)方程式總反應(yīng)方程式 CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O. 練習(xí)練習(xí)2 N2H4(肼)空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%30%的KOH溶液。肼空氣燃料電池放電時(shí), 總反應(yīng):N2H4+O2=N2+2H2O 負(fù)極的電極反應(yīng)式是_。 正極的電極反應(yīng)式是_。N2H4+4OH4e4H2O+N2

10、 O2+2H2O+4e4OH 思考：氨氣構(gòu)成燃料電池，其電池反應(yīng)原理為思考：氨氣構(gòu)成燃料電池，其電池反應(yīng)原理為4NH3+3O22N2+6H2O ，電極反應(yīng)如何寫？，電極反應(yīng)如何寫？. 練練3 如圖是如圖是2004年批量生產(chǎn)的筆記本電腦所用的年批量生產(chǎn)的筆記本電腦所用的甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。甲醇在催化劑作用甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖。甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子下提供質(zhì)子(H+)和電子。電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)和電子。電子經(jīng)外電路、質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng)。電池總反應(yīng)式為：內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng)。電池總反應(yīng)式為：2CH3OH3O22CO24H2O。下列說法中正確的是下列說法中正確的是 ( )A、左邊的電極為負(fù)極，、左邊的電極為負(fù)極，a處通入甲醇處通入甲醇B、右邊的電極為負(fù)極，、右邊的電極為負(fù)極，b處通入空氣處通入空氣C、電池負(fù)極的反應(yīng)式為：、電池負(fù)極的反應(yīng)式為： CH3OH+H2O6e-=CO2+6H+D、電池的正極反應(yīng)式為：、電池