1、燃料电池21世纪的绿色新能源,富阳区教研室 何双安,我国自主研发的燃料电池车,2008 年北京奥运会和2010 年上海世博会期间进行了示范运行,德国Smith公司推出燃料电池混合动力卡车，采用80 kWh锂离子电池和7kW燃料电池提供动力,德国与欧盟于2006年共同实施了EU-Life项目，并建造了世界上第一艘燃料电池游船-“Alsterwasser”号，该游船于2008年8月在德国汉堡的Alster湖上进行了首航，载客量超过100人，一直载客运行至今。,燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能的发电装置。,当电池发电时, 要连续不断地向电池内送入燃料和氧化剂,排出反应产物,
2、同时也要排除一定的废热,以维护电池工作温度的恒定。,电化学原理。都由正负两个电极、电解质构成,活性物质储存在电池内部，限制了电池的容量,燃料和氧化剂不是储存在电池内,而是储存在电池外的储罐中。,一、燃料电池与一般电池的比较,二、燃料电池的优点,低环境污染。反应过程中不涉及到燃烧。2.可长时间连续供电。燃料与氧化剂并非封装在电池内，而是通过外部设备供给。只要保证外部原理持续供给，燃料电池就能源源不断第提供能量。3.燃料多样。氢气、甲醇、甲烷、乙烷、丁烯、丁烷等有机燃料和汽油、柴油以及天然气等气体燃料, N2H4，NaBH4等新型燃料。4.噪声低。它是通过燃料和氧化剂分别在两个电极上发生反应, 由
3、电解液和外电路构成回路, 将燃料中的化学能直接转化为电能。所以在整个工作过程中, 没有噪音和机械震动的产生。,三、燃料电池的分类,根据燃料电池中使用电解质种类的不同, 可分为酸性、碱性、熔融盐类或固体氧化物的燃料电池。,这款便携式移动电池名为Nectar，使用了以丁烷为燃料的固体氧化物燃料电池技术 。Nectar由一个化学反应主体和一个可拆卸燃料罐构成，如果使用完之后可以马上更换另外一个充满气体的瓶子。,四、燃料电池中的电极反应,H2、CO、C2H4、CH3OH、肼,碱溶液、酸溶液、固体氧化物、熔融碳酸盐,可为氧气(或空气）、H2O2,（一）以氧气或空气为电池的氧化剂,电池总反应 正极反应式负
4、极反应式,2CO+O2+4OH-=2CO32-+2H2O,2H2O+O2+4e-=4OH-,2CO-4e-+8OH- =2CO32-+4H2O,【第1类】CO/O2(碱性燃料电池）,OH-是导电离子，向负极移动,【第2类】2004年美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池，它用磺酸类质子溶剂，在200左右时供电，乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更安全。电池总反应为：C2H5OH +3O2 =2CO2 +3H2O，电池示意如下图：,（1）a、b两电极名称；（2）两极反应式；反应类型（3）外电路电子流动、内电路离子移动方向；,负极（a）：C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+正极（
5、b）：4H+O2+4e-=2H2O,e-,H+移向正极,氧气(或空气）,固体氧化物,正极的电极反应：O2+4e-=2O2-,【第3类】固体氧化物燃料电池,【电池3】瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪（下图）能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，可以通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如下图乙所示，其中的固体电解质是Y2O3Na2O，O2-可以在其中自由移动。,下列有关叙述正确的的是（ ）A瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极aB电极b是正极，O2-由电极a流向电极bC电极a的反应式为：CH4+4O2- 8e-CO2 +2H2OD当固体
6、电解质中有1 mol O2-通过时，电子转移4 mol,C,【第4类】熔融碳酸盐燃料电池,一种新型氢氧燃料电池工作原理如图所示写出电极A、B的电极反应式,（二）以过氧化氢为电池的氧化剂,【练习】硼氢化钠过氧化氢（碱性）燃料电池,电池总反应：BH4-+4H2O2=BO2-+6H2O,正极：H2O2+2e-=2OH-,负极：BH4-8e-+ 8OH- =BO2-+6H2O,如图是甲醇/过氧化氢燃料电池内部结构示意图。 工作时，甲醇和过氧化氢分别进入燃料电池的燃料腔和氧化剂腔，在各自催化剂的作用下发生反应，并向外界输出电能。下列说法不正确的是 A该电池的正极反应式：H2O2+2H+2e=2H2OB燃
7、料腔中的多孔石墨电极为该燃料电池的负极，负极产生的H+通过质子交换膜流向正极C电池工作时,1 mol甲醇被氧化有6 mol电子转移D电路中的电子经正极、负极、质子交换膜后再回到正极，形成闭合回路,D,【总结】燃料电池的正极反应与电解质、氧化剂有关,2H2O+O2+4e-=4OH-,4H+O2+4e-=2H2O,O2+4e-=2O2-,2CO2+O2+4e-=2CO32-,H2O2 +2e-=2OH-,2H2O2 +2H+2e-=2H2O,熔融碳酸盐电池、固体氧化物电池工作温度较高，属于高温型燃料电池。适合于大功率的发电厂。,微生物燃料电池2014年2月19日据物理学家组织网报道，美国科学家开发出一种直接以生物质为原料的低温燃料电池。这种燃料电池只需借助太阳能或废热就能将稻草、锯末、藻类甚至有机肥料转化为电能，能量密度比基于纤维素的微生物燃料电池高出近100倍。,微生物燃料电池（MFC）是燃料电池中特殊的一类，它利用微生物作为反应主体，将有机物的化学能转化为电能。以葡萄糖溶液作底物为例，其工作原理如图所示。,电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。电池工作时，写出两极的电极反应式 。,祝同学们快乐学习！,
