關(guān)于氫氧燃料電池的教學(xué)實(shí)驗(yàn)燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為

1、關(guān)于氫氧燃料電池的教學(xué)實(shí)驗(yàn)燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置，這種裝置工作時，人們向它源源不斷地提供燃料，同時獲得持續(xù)不斷的電能輸出?？茖W(xué)家們預(yù)言，燃料電池將成為下個世紀(jì)獲得電力的重要途徑。氫氧燃料電池將氫氣和氧氣反應(yīng)時的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)為電能。它具有能量轉(zhuǎn)換效率高、污染小等優(yōu)點(diǎn)。一種10kw20kw的堿性h2o2燃料電池已成功地用于航天飛行。為了使中學(xué)化學(xué)教學(xué)緊跟當(dāng)今科技發(fā)展的步伐，激發(fā)學(xué)生對于化學(xué)科學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的動手能力，我們設(shè)計(jì)了中學(xué)化學(xué)教學(xué)活動中演示用的氫氧燃料電池實(shí)驗(yàn)，可供中學(xué)化學(xué)活動課實(shí)踐中的學(xué)生操作和教師的課堂演示。1實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖箤W(xué)生了解燃料電池的工作原理，熟悉并

2、操作教學(xué)演示用的氫氧燃料電池。2實(shí)驗(yàn)原理氫氧燃料電池工作時，氫分子首先在電極催化劑鈀作用下離子化，再與氧起反應(yīng)生成水。具體的電池反應(yīng)可表示如下：電池總反應(yīng)為：e=0.401（0.828）=1.229v由于該反應(yīng)的所以，該種燃料電池的理論效率為：本實(shí)驗(yàn)為堿性氫氧燃料電池，采用3040koh溶液為電解液，pd粉為催化電極，在常溫下工作。電池的優(yōu)點(diǎn)是氧在堿液中的電化學(xué)反應(yīng)速率比酸性液中的速率大。理論上，可有較大的電流密度和輸出功率。3實(shí)驗(yàn)儀器和藥品儀器和材料：燒杯、量筒、電磁攪拌器、濾紙、h型管（自制）、細(xì)銅棒兩根、細(xì)玻璃管兩根、橡皮管、螺旋夾兩個、長u型塑料管、雙孔塞、三孔塞、電壓表、毫安表、電阻

3、（20）、計(jì)時表藥品：二氯化鈀（pdcl2）、細(xì)鐵絲網(wǎng)、6 mol/l鹽酸、30氫氧化鉀溶液、蒸餾水、氫氣、氧氣4實(shí)驗(yàn)步驟（1）按圖1 搭好裝置。雙孔塞與三孔塞都各帶有一細(xì)銅棒（作為電極與外電路相連）、一細(xì)玻璃導(dǎo)管（通入氣體）；注意三孔上有一塑料管應(yīng)伸入h型管底部（外與帶刻度的量筒相連接）；檢驗(yàn)裝置氣密性。（2）電極的制備二氯化鈀溶液的配制：稱取0.3g二氯化鈀放入500 ml大燒杯中，加入300 ml水。該溶液用電磁攪拌器攪拌60 min90 min，直至二氯化鈀全部溶解，溶液由開始的渾黃色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色。取兩塊長30cm、寬10 cm細(xì)鐵絲網(wǎng)，用6 mol/l鹽酸浸泡處理，以除去表面的鐵銹及

4、其他雜質(zhì)，取出后先用自來水沖洗，再用蒸餾水清洗后，放入二氯化鈀溶液中再浸泡20min，最后溶液呈黑色。將處理后的鐵絲網(wǎng)用吸水紙吸干，各與一張濾紙一同卷成層狀圓柱體。（3）將上述與濾紙一同卷成層狀圓柱體的鐵絲網(wǎng)作為電極分別裝入自制的h型管的左右管中，塞上橡皮塞，注意使銅電極與鐵絲網(wǎng)相接觸。（4）向裝置中加入濃氫氧化鉀溶液（本實(shí)驗(yàn)中用30氫氧化鉀水溶液）作為電解液，待充滿后，用螺旋夾夾緊a處和b處兩橡皮管。（5）用啟普發(fā)生器制取氫氣，通過a皮管緩慢地將氫氣充入h型管的左管，根據(jù)被排入量筒的氫氧化鉀的體積數(shù)使充入氫氣的量約為40ml。（6）將氧氣袋中氧氣充入h型管的右管中，同樣根據(jù)被排入量筒中的氫氧

5、化鉀體積數(shù)使氧氣的充入量約為20 ml。（7）在一定時間間隔下，用電壓表測開路電壓；再用電壓表和毫安表測量接有一定負(fù)載（本實(shí)驗(yàn)中為20）時的電壓與電流。注意及時記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論（1）開路電壓隨時間變化的u-t圖，見圖2。本實(shí)驗(yàn)中連續(xù)測量歷時65h35 min；電壓范圍：0.427v0.940v，變化幅度0.503v。從圖2可以看出，第8h到第65 h之間電壓變化不大（0.916v0.940v），前8h變化較大（0.437v0.929v）。將前8h的u-t圖進(jìn)行放大，得到圖3。從圖3可見，自制的氫氧燃料電池在2h后電壓即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)?？梢娫搶?shí)驗(yàn)中的氫氧燃料電池在開路情況下電壓穩(wěn)定性好，從一個側(cè)面說明了電池低的自放電速率。（2）給燃料電池接上負(fù)載（20），持續(xù)放電共5h37min。此間電壓降低0.262v（0.438v0.176v），電流變化為（19.8 ma8.01ma），降低11.8ma，見圖4。燃料電池是一種連續(xù)的發(fā)電裝置，發(fā)電過程中應(yīng)不斷地向電池中加入燃料（h2）和氧化劑（o2）。我們?yōu)榱私虒W(xué)中演示的方便，采取了一次加入燃料和氧化劑的方法，故放電曲線不很理想。（3）關(guān)于催化電極用金屬鈀（pd）做催化電極制成的用于教學(xué)的氫氧燃料電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：到達(dá)穩(wěn)定的開路電壓時間短，開路電壓穩(wěn)定時間長，電壓值較高。但由于二氯化鈀價格較高，實(shí)際的學(xué)生活動課實(shí)踐中可用