氢氧燃料电池DIY设计与优化

1、4氢氧燃料电池“ DIY”设计与优化临澧县第一中学肖修锋、问题的提出当今世界能源问题是一个灸手可热的话题，而燃料电池的开发与利用无疑是解决这一问题的重要途 径。人教版普通高中实验教科书必修2、选修4分别介绍了燃料电池特点、用途和原理，这部分内容理论性较强，而教材中没有安排相应的实验，很多学生还误认为燃料电池是可燃物燃烧后才会产生电流。 同时由于没有现成的实验装置，很少有老师演示这个实验。二、实验目的禾U用生活常见物品组成燃料电池装置。先将电能转化为化学能，再将氢和氧的化学能转化成电能，将 电解和燃料电池结合起来，直观的展示了水的电解和化学电源中燃料电池的工作原理，激发学生的学习兴 趣，提高学生

2、理论联系实际的能力，为今后解决能源危机问题搭建平台。三、实验仪器及试剂20ml 一次性注射器、音乐贺卡上的小喇叭、仪器：玻璃杯、9V干电池、中华牌铅笔、5号干电池碳棒、 石英钟、发光二极管、导线、电压表等试剂：醋酸精，氢氧化钠溶液，碳酸钠溶液等四、实验装置示意图及原理1I 卜02Na2CO3溶液图1燃烧电池电解示意图图4自制燃烧电池实物图小功率用电器_IK图2燃烧电池放电示意图图5燃烧电池开路电压图1L0负极 正极2H2 + O2=2H2O图3燃烧电池原理示意图图6燃烧电池电路中的石英钟五、实验操作1、按图1组装好仪器。向烧杯中倒入 2mol/LNa2S Q溶液，排出针筒内空气，让溶液浸没带木

3、屑的铅 笔芯。2、 用导线将铅笔芯电极与9V干电池相连，电解 2分钟左右。可以观察到碳棒上出现大量气泡，同 时针筒内液面下降，两极都有气体聚集。3、将导线与电源断开，直接与电压表相连，测出燃料电池的电压，再与石英钟、二极管、小喇叭等 小用电器相连，观察现象。六、装置的设计与优化表1电解质种类与燃料电池放电能力研究电解质种类电解电压(V)电解时长(min)电极燃料电池开路电压(V)2mol/L醋酸溶液92带木屑铅笔芯2.02mol/L烧碱溶液92带木屑铅笔芯2.22mol/L苏打溶液92带木屑铅笔芯2.3结论：燃料电池的放电能力与电解质种类、酸碱性没有必然联系，鉴于物品腐蚀性、原料价格等因 素，

4、实验中选择苏打溶液为电解质。表2电解质浓度与燃料电池放电能力研究N&CO浓度(mol/L)电解电压(V)电解时长(min)电极燃料电池开路电压(V)0.59V2带木屑铅笔芯1.219V2带木屑铅笔芯1.829V2带木屑铅笔芯2.3结论：燃料电池的放电能力与电解质中的离子浓度有关，在一定范围内，离子浓度越大，电池内阻 越小，放电能力越强。实验中选择2mol/LNa2CQ为电解质。表3电解电压与燃料电池放电能力研究电解电压(V)电解时长(min)电解质电极燃料电池开路电压(V)622mol/LNa 2CO带木屑铅笔芯2.2922mol/LNa 2CO带木屑铅笔芯2.21222mol/LNa

5、 2CO带木屑铅笔芯2.2结论：燃料电池的放电能力与电解电压的高低无关。实验中选择9V双鹿电池为电解电源。表4电解时间与燃料电池放电能力研究电解时长(min)电解电压(V)电解质溶液电极燃料电池开路电压(V)192mol/LNa 2CQ带木屑铅笔芯2.1292mol/LNa 2CQ带木屑铅笔芯2.2392mol/LNa 2CG带木屑铅笔芯2.2结论：在一定时间限度内，燃料电池的放电能力与电解时间无关。实验中选择电解2分钟。表5电解质种类与燃料电池放电能力研究电极材料电解电压(V)电解时长(min)电解液燃料电池开路电压(V)干电池碳棒922mol/LNa2CQ1.6淬火后的干电922mol/L

6、Na2CQ峰值2.0V,不稳池碳棒疋铅笔芯922mol/LNa2CQ31.8带木料铅笔芯922mol/LNa2CQ2.3，较稳定分析：干电池中的碳棒经淬火处理后，表面积增大，使得电极吸附气体的表面积增大，因而电池的 开路电压增大。带木料的铅笔芯也是增大了电极吸附气体的表面积，同时铅笔芯中粘土的某些稀土元 素对气体的反应可能起到了催化作用，使得电池中的电压比较稳定。结论：带木料的铅笔芯是较理想的电极。七、实验改进意义1、取材方便，清洁环保。 机问题搭建了一个平台。2、设计巧妙，操作简单。3、方法科学，效果明显。 能力通过以上探究，优化后的氢氧燃料电池参数为电极材料电解电压(V)电解时长(min)电解液燃料电池开路电压(V)带木料铅笔芯922mol/LNa