氢氧燃料电池

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—

说明:掌握了甲烷燃料电池得电极反应式,就掌握了其它气态烃燃料电池得电极反应式

四、铝–空气–海水电池

我国首创以铝–空气–海水电池作为能源得新型海水标志灯，以海水为电解质,靠空气中得氧气使铝不断被氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟,就会发出耀眼得白光。

电源负极材料为：铝；电源正极材料为:石墨、铂网等能导电得惰性材料。

负极得电极反应式为:4Aｌ-12e－＝==4Al3+;

正极得电极反应式为:3O2+6Ｈ2O+12ｅ－==＝１２OH-

总反应式为:4Ａl+３Ｏ2+6H2O＝==4Al(ＯH）3

说明:铝板要及时更换，铂做成网状就是为了增大与氧气得接触面积、

燃料电池电极反应式得书写方法

在中学阶段,掌握燃料电池得工作原理与电极反应式得书写就是十分重要得.所有得燃料电池得工作原理都就是一样得,其电极反应式得书写也同样就是有规律可循得。书写燃料电池电极反应式一般分为三步:第一步，先写出燃料电池得总反应方程式;第二步，再写出燃料电池得正极反应式；第三步，在电子守恒得基础上用燃料电池得总反应式减去正极反应式即得到负极反应式。下面对书写燃料电池电极反应式“三步法”具体作一下解释。

1、燃料电池总反应方程式得书写

因为燃料电池发生电化学反应得最终产物与燃料燃烧得产物相同,可根据燃料燃烧反应写出燃料电池得总反应方程式,但要注意燃料得种类。若就是氢氧燃料电池,其电池总反应方程式不随电解质得状态与电解质溶液得酸碱性变化而变化,

即2Ｈ

2+O

2

=2Ｈ

2

O。若燃料就是含碳元素得可燃物，其电池总反应方程式就与电解

质得状态与电解质溶液得酸碱性有关,如甲烷燃料电池在酸性电解质中生成CO

2

与Ｈ

2O,即CH

４

＋2O

2

=CO

２

+2H

２

O;在碱性电解质中生成ＣＯ

３

2—离子与Ｈ

2

O，即ＣＨ

4

+

２OH－＋２O

2=CO

３

2—＋３H

2

Ｏ.

2、燃料电池正极反应式得书写

因为燃料电池正极反应物一律就是氧气,正极都就是氧化剂氧气得到电子得还原

反应，所以可先写出正极反应式,正极反应得本质都就是O

2

得电子生成O2—离子，

故正极反应式得基础都就是O

2

＋4e-=2O２—.正极产生Ｏ2—离子得存在形式与燃料电池得电解质得状态与电解质溶液得酸碱性有着密切得关系.这就是非常重要得一步．现将与电解质有关得五种情况归纳如下。

⑴电解质为酸性电解质溶液(如稀硫酸)

在酸性环境中,O2—离子不能单独存在,可供O2—离子结合得微粒有Ｈ+离子与H

2

O,O2

－离子优先结合H+离子生成Ｈ

2

O。

这样,在酸性电解质溶液中，正极反应式为O

2＋4H+＋4e-=２H

2

O。

⑵电解质为中性或碱性电解质溶液(如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液)