自制简易氢氧燃料电池

文章编号：1008-0546（2013）08-0097-01 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.08.038

氢氧燃料电池是一种将氢气和氧气反应的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置。这种装置的最大特点是反应过程中不涉及到燃烧，可以在低温下进行，能量转换效率高，可达60%～80%，实际使用效率则是普通内燃机的2～3倍。另外，它还具有噪音低、对环境污染小、可靠性及维护性好等优点，因此燃料电池的研究受到各国的重视。由于燃料电池在电极制作和燃料的储存、携带方面技术要求很高，目前尚未得到普及。中学化学教科书的大部分版本中关于燃料电池的介绍仅限于文字和示意图，这使得学生对燃料电池的构造和原理缺乏感性认识，从而产生一种神秘感。而氢氧燃料电池又是高中化学的重要内容，高考中也经常考到氢氧燃料电池，学生对新型的燃料电池也很感兴趣，鉴于此笔者设计了一个氢氧燃料电池的简易装置，仪器要求极其简单，实验效果很好，可供中学化学教学演示使用。

一、实验装置

实验装置如图所示：

二、装置制作方法

1.石墨电极的制作：把从旧电池中取来的石墨棒洗净，在酒精喷灯上加热除去杂物，并淬火多次，即形成多空石墨电极。

2.在石墨电极上焊接上铜导线，然后用热熔胶或石蜡固定密封到玻璃管一端，如右图所示。

3.把两根含电极的玻璃管和第3只玻璃管按右图插入三孔胶塞中，并按右图连接好装置。图中电源可以用6V-12V电池，也可以用学生直流电源；检验氢氧燃料电池电流可以用电流表、音乐贺卡、玩具小风扇、石英钟等。

（有条件的可以吹制成玻璃的，使用更方便）

三、使用方法

1.向广口瓶中注入30%的KOH溶液至如图所示的位置，然后用胶塞塞住空玻璃管口，将广口瓶倒立过来使含有电极的玻璃管充满溶液，然后再把广口瓶正立过来，并拿掉空玻璃管的胶塞。

2.接通电源，电解KOH溶液制取氢气和氧气，等玻璃管中收集了一部分气体后关闭电源，注意不要让溶液和电极分离，此时就构成了一个简易的氢氧燃料电池。

3.把电路与电流表连接，可以看到电流表指针偏转，如连接音乐贺卡，音乐贺卡可以发出声音，证明氢氧燃料电池可以放电。

四、电极反应

负极 2H2 + 4OHˉ 4H2O + 4eˉ

正极 O2 + 2H2O + 4eˉ 4OHˉ

电池反应 2H2 + O2 = 2H2O

五、装置优点

（1）装置材料易得、制作容易（使用的仪器和药品等都是实验室常用的和生活中常见的）。

（2）操作简单，现象明显，放电过程中两级液面缓缓上升，说明氢气、氧气在被消耗。

（3）可以循环使用，成功率100%（可以使用6V-12V电池电解KOH溶液制取氢气和氧气）。

（4）可以使用音乐贺卡、玩具小风扇、石英钟检验电流激发学生兴趣。

（5）也可做水电解仪使用。

六、装置再改造

本装置也可以改造为能持续供电的燃料电池。改造后装置如下图所示：

上面两个孔一个通氢气，一个通氧气，下面两个孔防止通入气体过多使电极和溶液分离。