绿色氢氧燃料电池实验的设计与优化.docx

绿色氢氧燃料电池实验的设计与优化 摘要】根据氢氧燃料电池的构造原理，以实验室常规仪器搭建、整合的氢氧燃料电池演示台，操作简单，现象明显，能较好提高高中化学课堂教学的效率，帮助学生提升对燃料电池的感性认识关键词氢氧燃料电池；电解水；演示台1.问题的提出1839年，英国科学家WilliamGrove设计出了第一款燃料电池，之后，燃料电池得到了广泛的研究随着能源危机的出现，因具有能量转化效率高、产生污染物少等优势的燃料电池更得到了进一步的关注目前氢氧燃料电池按电解质的种类不同，可分为碱性燃料电池〔AFC〕、质子交换膜燃料电池〔PEMFC〕、磷酸燃料电池〔PAFC〕熔融碳酸盐燃料电池〔MCFC〕、固体氧化物燃料电池〔SOFC〕五大类，广泛应用于航天、汽车等众多领域生活中燃料电池并不常见，学生对其缺乏感性认识现行人教版教材必修2尽管有对氢氧燃料电池原理的介绍，但缺少相关实验的设计、呈现学生通常会错误的认为燃料电池就是通过燃料的燃烧而产生电流笔者想假设能让学生看到一个真实的、可以触及到的氢氧燃料电池，相信对调动他们学习化学热情，加深对原电池工作原理的认识应大有裨益2.实验用品与原理2.1实验用品U形管、36伏学生电源、双孔橡皮塞〔2个〕、多孔碳棒电极〔2支〕、30cm的玻璃管〔2支〕、导线假设干〔带有鳄鱼夹〕、灵敏电流计、小闹钟、发光二极管、Na2SO4溶液〔或稀硫酸、NaOH溶液〕。

2.2实验原理利用电解产生的H2、O2〔其中含有活性氢，活性氧〕吸附的多孔碳棒电极外表构成简易氢氧燃料电池，产生的电能带动小型用电器工作3.装置的设计与优化4.电解质溶液的选择受常见的几种燃料电池结构的启发，我们分别向图III装置U型管参加了相同浓度Na2SO4、H2SO4、NaOH溶液，在电解相同时间后，将产生气体构成燃料电池并使用电压表测量电压实验数据显示，在Na2SO4溶液作为电解质时电池电压最大实验中我们还从0.2molL~1.4molLNa2SO4溶液，每隔0.2molL做一个实验，发现电解质溶液浓度在0.8molL~1.1molL时电池工作时间最长〔小闹钟持续运转的时间〕5.实验改进的优势⑴实验中所需多孔碳棒电极来源广泛从废旧的干电池中取出碳棒清洗洁净即可使用，无需另外进行淬火处理⑵实验装置的搭建均采用实验室常规仪器，搭建简单，可推广性强实验研究的过程中也曾尝试使用了图V装置〔山形管〕进行实验，现象同样非常明显但考虑制作这样一种特殊仪器的本钱较高，可推广性不强应选择了图IV装置⑶通过排水法收集H2、O2可大幅度提高电极周围气体的纯度，由于玻璃管中液体的压力更利于气体吸附在电极周围，延长了放电的时间。

笔者曾用电解了3分钟产生的气体构成燃料电池，并与小闹钟相连，结果整整走了一节课⑷根据图III，我们把实验所需仪器合在一个平台上〔如图V〕操作简单，只要将鳄鱼夹与电解相连，通过电键的断开和闭合就可以完成所有的检验实验现象明显，实验成功率高、趣味性强，可推广为学生实验同时也为农村中学老师的化学实验创新提供了一条新的思路参考文献袁青云.制作绿色燃料电池的新实验.化学教学.2021年第5期。