燃料电池全面总结

1、燃料电池全面总结燃料电池全面总结 一 定义：燃料电池是一种不经过燃烧，将燃燃料电池是一种不经过燃烧，将燃 料化学能经过电化学反应直接转变为电能料化学能经过电化学反应直接转变为电能 的装置的装置。 优点优点：高效、环保。：高效、环保。 注注 ： （1）两电极材料可以相同，只起导电的作用。）两电极材料可以相同，只起导电的作用。 （2）反应物不是储存在电池内部，而由外设装）反应物不是储存在电池内部，而由外设装 备提供燃料和氧化剂。备提供燃料和氧化剂。 通燃料的电极为负极，通氧气的电极为正极。通燃料的电极为负极，通氧气的电极为正极。 常考燃料：常考燃料：H2 CO CH4 C2H6(乙烷）乙烷）C3H

2、8(丙烷）丙烷） CH3OH C2H5OH NH3 N2H4(肼肼) 两极为石墨电极，两极为石墨电极， 电解质是硫酸溶液。电解质是硫酸溶液。 负极：负极： 正极：正极： 总反应：总反应： 二二 燃料电池类型燃料电池类型 （1）酸性电解质溶液）酸性电解质溶液 注：酸性溶液电荷守恒注：酸性溶液电荷守恒配配H+ 。 2H2 + 4e- 4H+ O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 2H2 + O2 2H2O 甲醇燃料电池甲醇燃料电池 酸性电解质（铂为两极、电解质稀酸性电解质（铂为两极、电解质稀H2SO4） 负极反应：负极反应： 正极反应：正极反应： 总反应离子方程式：总反应离子方程式： 2CH3O

3、H + 3O2 2CO2 + 4H2O 2CH3OH-12e-+2H2O 12H+ 2CO2 3O2+12e-+12H+ 6H2O 两极为石墨电极，两极为石墨电极， 电解质是电解质是KOH溶液。溶液。 负极：负极：2H2 - 4e- + 4OH- 4H2O 正极：正极：O2 + 4e- + 2H2O 4OH- 总反应：总反应：2H2 + O2 2H2O 碱性碱性 介质介质 （2）碱性电解质溶液）碱性电解质溶液 注：碱性溶液电荷守恒注：碱性溶液电荷守恒配配OH- 。 甲醇燃料电池甲醇燃料电池 碱性电解质（铂为两极、电解液碱性电解质（铂为两极、电解液KOH溶液）溶液） 负极反应：负极反应： 正极反

4、应：正极反应： 总反应离子方程式：总反应离子方程式： 2CH3OH + 3O2 + 4OH - 2CO3 2-+ 6H2O 2CH3OH 12e- + 16OH- 2CO32- +12H2O 3O2 + 12e- + 6H2O 12OH- 注：碱性条件下注：碱性条件下CO2和和OH-反应最终生成反应最终生成CO32- C2H5OH_12e- +16OH- 2CO32-+11H2O 思考：乙醇燃料电池在碱性条件下的负极反应？思考：乙醇燃料电池在碱性条件下的负极反应？ 固体氧化物电解质固体氧化物电解质 一极通入空气，另一极通入H2气体；电解 质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶 体，在

5、熔融状态下能传导O2-。 。 负极反应：负极反应： 正极反应：正极反应： 总反应方程式：总反应方程式：2H2 + O2 = 2H2O O2 +4e- = 2O2- 2H2 -4e- + 2O2- = 2H2O 注注:固体氧化物传递固体氧化物传递O2- ，电荷守恒用，电荷守恒用O2-配。配。 （3）熔融盐电解质）熔融盐电解质 思考：如题所述若将思考：如题所述若将H2换成换成C3H8(丙烷），如何写？丙烷），如何写？ 负极反应：负极反应： 正极反应：正极反应： 总反应方程式：总反应方程式：C3H8+5 O2 = 3CO2 +4 H2O C3H8 -20e-+10O2-=3CO2+4H2O 思考：如

6、题所示若将思考：如题所示若将H2换成换成C3H8(丙烷），如何写？丙烷），如何写？ 5O2 +20e- = 10O2- 熔融碳酸盐熔融碳酸盐 铂为两极、铂为两极、Li2CO3和和Na2CO3的熔融盐作的熔融盐作 电解质，电解质，CO为负极燃气，空气与为负极燃气，空气与CO2的混合气的混合气 为正极助燃气为正极助燃气 。 总反应方程式总反应方程式 ： 正极反应：正极反应： 负极反应：负极反应： 2CO O2 = 2CO2 O2 4e- 2CO 4e- 2CO32- =4CO2 2CO32- 2CO2 注注:熔融碳酸盐传递熔融碳酸盐传递CO32- ，电荷守恒用，电荷守恒用CO32-配。配。 燃料电

7、池全面总结燃料电池全面总结 酸性溶液：配酸性溶液：配H+ 。 （2）电极反应产物）电极反应产物 碱性溶液：配碱性溶液：配OH- 。 （1）电荷守恒）电荷守恒 规律规律2：碱性环境燃料中：碱性环境燃料中C元素最终生成元素最终生成CO32- ， 其余环境都生成其余环境都生成CO2。 。 熔融碳酸盐熔融碳酸盐:传递传递CO32- ，配，配CO32-。 固体氧化物固体氧化物:传递传递O2- ，配，配O2-。 规律规律1：环境中是什么离子，电荷守恒就用该离子：环境中是什么离子，电荷守恒就用该离子 来配平。来配平。 练习练习1 分别写出甲烷在酸性电解质溶液、碱性电解分别写出甲烷在酸性电解质溶液、碱性电解

8、质溶液、熔融固体氧化物、熔融碳酸盐四种条件下质溶液、熔融固体氧化物、熔融碳酸盐四种条件下 的总反应和电极反应。的总反应和电极反应。 (1)酸性电解质酸性电解质 负极：负极： CH4 - 8e- + 2H2O = 8H+ + CO2 正极：正极： 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O 总反应：总反应： CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O (2)碱性电解质负极：碱性电解质负极： CH4 - 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O 正极：正极： 2O2 + 2H2O + 8e- = 8 OH- 总反应：总反应： CH4 + 2OH + 2O2 = CO32- + 3H2

9、O (3)熔融固体氧化物熔融固体氧化物 负极：负极：CH4-8e-+4O2- = CO2+2H2O 正极：正极：2O2+8e- = 4O2- 总反应：总反应：CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O (4)熔融碳酸盐熔融碳酸盐 负极：负极： CH4 -8e +4 CO32- = 5CO2+2H2O 正极正极：2O2+ 8e + 4CO2 4CO32- 总反应方程式总反应方程式 CH4 + 2O2 =CO2 + 2H2O 练习练习2 N2H4(肼)空气燃料电池是一种碱性燃料 电池，电解质溶液是20%30%的KOH溶液。 肼空气燃料电池放电时, 总反应:N2H4+O2=N2+2H2O 负极的电极

10、反应式是 _。 正极的电极反应式是 _。 N2H4+4OH4e4H2O+N2 O2+2H2O+4e4OH 思考：氨气构成燃料电池，其电池反应原理为思考：氨气构成燃料电池，其电池反应原理为 4NH3+3O22N2+6H2O ，电极反应如何写？，电极反应如何写？ 练练3 如图是如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的年批量生产的笔记本电脑所用的 甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用 下提供质子下提供质子(H+)和电子。电子经外电路、质子经和电子。电子经外电路、质子经 内电路到达另一极与氧气反应。电池总反应式为：内电路到达另一极与氧气反应。电池总反应式为： 2CH3OH3O22CO24H2O。 下列说法中正确的是下列说法中正确的是 ( ) A、左边的电极为负极，、左边的电极为负极，a处通入甲醇处通入甲醇 B、右边的电极为负极，、右边的电极为负极，b处通入空气处通入空气 C、电池负极的反应式为：、电池负极的反应式为： CH3OH+H2O6e-=CO2+6H+ D、电池的正极反应式为：、电池的正极反应式为：O2