超级军网新燃料电池的工作原理为何（不知发航天版是否合适）
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/29 18:55:20
<br /><br />《世界军事》2010年第9期总第213期里编译美国《空间技术》——《电池与战争》一文中提到美军一种新型军用燃料电池是将燃料和空气分别送入，不经过燃烧过程（压力？）也无转动部件（？）且唯一排放为纯水，输出能量仅取决于所携氢气和氧气量。请问这样如何就能直接将化学能转化为电能呢？<meta http-equiv="refresh" content="0; url=http://sdw.cc">
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这。。。。。。基本的燃料电池。。。。。。
回复 2# starsea
如何实现？谢谢！
如何实现？谢谢！
氢-氧燃料电池就是这样的呀！没看到哪里新了，美国阿波罗登月时的氢-氧燃料电池完全可以用楼主的话去描述~
[家庭小实验]氢氧燃料电池的制作
来源：桂林中学 作者：唐艺
[用品]
U形管，石墨碳棒，分液漏斗，酒精喷灯，低压直流电源，30％的氢氧化钾溶液（或30％的稀硫酸），橡皮塞（双孔），导线等．
[原理]
用多孔碳棒作燃料电池的正、负极，30％的氢氧化钾溶液作电解质溶液．负极吸附氢气，正极吸附氧气．氢氧燃料电池工作时，负极上的氢放出电子，发生氧化反应，正极上的氧得到电子，发生还原反应．
负极 2H2 + 4OH-- 4e = 4H2O
正极 O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
总反应 2H2 + O2 = 2H2O
[操作]
1．多孔碳棒的加工
将石墨碳棒放到酒精喷灯上加热除去其中的胶质，并淬火3～4次，即形成多孔碳棒，也就是多孔碳电极．
2．把多孔碳电极、U形管、分液漏斗、橡皮塞按上图所示组装；再通过分液漏斗向U形管中注满氢氧化钾溶液，密闭．
3．氢气、氧气的制备
调节低压直流电源的电压到6V，并把其正、负极分别与上图装置中的两个碳电极相连接；接通电源，电解氢氧化钾溶液制取氢气、氧气，且制得的氢气与氧气的体积比为2∶1．去掉电源，上图所示装置就成为一只氢氧燃料电池．
4．氢氧燃料电池的工作
氢氧燃料电池的正、负极分别与灵敏电流计的正、负极连接，可以看到电流计指针偏转．如果把两个氢氧燃料电池并联，再与发光二极管串联，二极管发光．经实验测定，一只氢氧燃料电池可提供0.1A以上的电流，1.5V以上的外电压．
来源：桂林中学 作者：唐艺
[用品]
U形管，石墨碳棒，分液漏斗，酒精喷灯，低压直流电源，30％的氢氧化钾溶液（或30％的稀硫酸），橡皮塞（双孔），导线等．
[原理]
用多孔碳棒作燃料电池的正、负极，30％的氢氧化钾溶液作电解质溶液．负极吸附氢气，正极吸附氧气．氢氧燃料电池工作时，负极上的氢放出电子，发生氧化反应，正极上的氧得到电子，发生还原反应．
负极 2H2 + 4OH-- 4e = 4H2O
正极 O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
总反应 2H2 + O2 = 2H2O
[操作]
1．多孔碳棒的加工
将石墨碳棒放到酒精喷灯上加热除去其中的胶质，并淬火3～4次，即形成多孔碳棒，也就是多孔碳电极．
2．把多孔碳电极、U形管、分液漏斗、橡皮塞按上图所示组装；再通过分液漏斗向U形管中注满氢氧化钾溶液，密闭．
3．氢气、氧气的制备
调节低压直流电源的电压到6V，并把其正、负极分别与上图装置中的两个碳电极相连接；接通电源，电解氢氧化钾溶液制取氢气、氧气，且制得的氢气与氧气的体积比为2∶1．去掉电源，上图所示装置就成为一只氢氧燃料电池．
4．氢氧燃料电池的工作
氢氧燃料电池的正、负极分别与灵敏电流计的正、负极连接，可以看到电流计指针偏转．如果把两个氢氧燃料电池并联，再与发光二极管串联，二极管发光．经实验测定，一只氢氧燃料电池可提供0.1A以上的电流，1.5V以上的外电压．
百臂巨人 发表于 2010-8-20 17:11 
如果把多孔碳电极换为镀铂黑的铂电极，性能会更好。参见经典版《十万个为什么》化学第3册
如果把多孔碳电极换为镀铂黑的铂电极，性能会更好。参见经典版《十万个为什么》化学第3册
只要负极材料在液相中比正极材料的失电子趋势大，就可以构成原电池。
因此燃料电池实质上就是把燃料通入负极，氧化剂通入正极，当然这个有气体吸附和催化作用的电极是关键组件。
因此燃料电池实质上就是把燃料通入负极，氧化剂通入正极，当然这个有气体吸附和催化作用的电极是关键组件。
miliamlau 发表于 2010-8-20 17:15
那您还需要离子膜~
那您还需要离子膜~
百臂巨人 发表于 2010-8-20 17:11
将电解液换成氯化钠溶液效果更好，偶的实验装置和您提供的很像，大约是1988~1989做的实验。
将电解液换成氯化钠溶液效果更好，偶的实验装置和您提供的很像，大约是1988~1989做的实验。
miliamlau 发表于 2010-8-20 17:17
铂黑等贵金属就是优良的催化剂。...偶在多孔炭精棒上面包覆了一些椰壳活性炭用来吸附氧化剂氯气，没用催化剂，效果也不错。
铂黑等贵金属就是优良的催化剂。...偶在多孔炭精棒上面包覆了一些椰壳活性炭用来吸附氧化剂氯气，没用催化剂，效果也不错。
百臂巨人 发表于 2010-8-20 17:11
但是文章里说只取决于所携氢气和氧气量（燃料与空气），没有什么电解质溶液啊？:dizzy:
但是文章里说只取决于所携氢气和氧气量（燃料与空气），没有什么电解质溶液啊？:dizzy:
回复 1# wywydjzt
你觉得什么电池不是直接把化学能变为电能呢？
你觉得什么电池不是直接把化学能变为电能呢？
但是文章里说只取决于所携氢气和氧气量（燃料与空气），没有什么电解质溶液啊？
wywydjzt 发表于 2010-8-21 15:54
固体电解质薄膜（PEMF Cell），或者就用液体电解质也行啊，本来消耗的就是燃料和氧化剂，电解质只是催化作用，只有个别种类的原电池也消耗电解质中的某些物质，但燃料电池（也是一种原电池）肯定不会。
但是文章里说只取决于所携氢气和氧气量（燃料与空气），没有什么电解质溶液啊？
wywydjzt 发表于 2010-8-21 15:54
固体电解质薄膜（PEMF Cell），或者就用液体电解质也行啊，本来消耗的就是燃料和氧化剂，电解质只是催化作用，只有个别种类的原电池也消耗电解质中的某些物质，但燃料电池（也是一种原电池）肯定不会。
wywydjzt 发表于 2010-8-21 15:54
看总反应嘛 2H2 + O2 = 2H2O
两边的氢氧根增减相互抵消掉了，电解质是无损耗的
看总反应嘛 2H2 + O2 = 2H2O
两边的氢氧根增减相互抵消掉了，电解质是无损耗的
电解质用的是氧化锆，工作温度都快1000度
paini 发表于 2010-8-21 16:17
问的是如何能？[:a10:]
问的是如何能？[:a10:]
paini 发表于 2010-8-21 16:34
燃料（氢气）遇到空气（氧气）在常温下有了电解质的催化作用即可发生？{:yi:}
燃料（氢气）遇到空气（氧气）在常温下有了电解质的催化作用即可发生？{:yi:}
回复 14# 百臂巨人
同上（17楼）问。{:yi:}
同上（17楼）问。{:yi:}
wywydjzt 发表于 2010-8-22 14:34
作为气体，要参加原电池反应就必须有凝聚态的电极，气体在凝聚态的电极表面发生氧化还原反应。电极要么是活性碳棒，要么是铂棒（或镀铂棒）等有吸附-催化活性的贵金属，要么是液态的汞等等。无论是电极还是电解质，在整个电池的总反应中不消耗也不增多，起催化作用。
作为气体，要参加原电池反应就必须有凝聚态的电极，气体在凝聚态的电极表面发生氧化还原反应。电极要么是活性碳棒，要么是铂棒（或镀铂棒）等有吸附-催化活性的贵金属，要么是液态的汞等等。无论是电极还是电解质，在整个电池的总反应中不消耗也不增多，起催化作用。
paini 发表于 2010-8-22 16:13
如此......
那么这样的方式由化学能转化为电能的效率如何？
如此......
那么这样的方式由化学能转化为电能的效率如何？
很高，但是电极或者质子膜容易失去活性。
氢气和氧气化合成水本来就有电子的转移，现在只不过是将微观的电阻转移变成了宏观的电子转移（电流）
当然，这个“只不过”难度不低
当然，这个“只不过”难度不低
wywydjzt 发表于 2010-8-23 15:14
远高于 热机-发电机 组，但是全寿命成本可能比较高，因为虽说是“催化”，却会发生微观的物理变化，导致核心部件失去催化能力，不得不更换或者重新活化。
远高于 热机-发电机 组，但是全寿命成本可能比较高，因为虽说是“催化”，却会发生微观的物理变化，导致核心部件失去催化能力，不得不更换或者重新活化。
paini 发表于 2010-8-23 17:33
那么这个“吸附-催化活性”在化学反应的过程中从物理结构上来看会发生什么样的改变吗？又为什么可在常温下对氢气和氧气混合反应能起到催化作用呢？
那么这个“吸附-催化活性”在化学反应的过程中从物理结构上来看会发生什么样的改变吗？又为什么可在常温下对氢气和氧气混合反应能起到催化作用呢？
因为
负极 2H2 + 4OH-- 4e = 4H2O
正极 O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
这两个反应的速率，远远高于常温下
2H2 + O2 = 2H2O
的速率。
所以OH-就是2H2 + O2 = 2H2O这个反应的催化剂。
至于改变，催化过程理论上是没有的……但主要还是无法创造理想条件吧，可能有什么伴生的化学反应。
负极 2H2 + 4OH-- 4e = 4H2O
正极 O2 + 2H2O + 4e = 4OH-
这两个反应的速率，远远高于常温下
2H2 + O2 = 2H2O
的速率。
所以OH-就是2H2 + O2 = 2H2O这个反应的催化剂。
至于改变，催化过程理论上是没有的……但主要还是无法创造理想条件吧，可能有什么伴生的化学反应。
wywydjzt 发表于 2010-8-24 15:24
比如表面晶型或晶面取向改变，比如多孔结构变成致密平板结构，有些吸附或催化反应在不同晶面上发生的速率相差1到2个数量级。
比如表面晶型或晶面取向改变，比如多孔结构变成致密平板结构，有些吸附或催化反应在不同晶面上发生的速率相差1到2个数量级。
回复 25# 百臂巨人
伴生的化学反应又是什么?{:yi:}
催化剂如果什么改变都没有发生，那是不是就应该永远也不会失去活性了？
伴生的化学反应又是什么?{:yi:}
催化剂如果什么改变都没有发生，那是不是就应该永远也不会失去活性了？
paini 发表于 2010-8-24 19:07
为什么会发生这种改变呢？
为什么会发生这种改变呢？
燃料化学电池都是很活泼的物质，他不会乖乖的只发生一种反应的。
至于形变的话也很简单，虽然两头是配平的，但催化剂还是参与反应的，它在中间消失过再出现，自然没办法保证它还在原来的地方。
至于形变的话也很简单，虽然两头是配平的，但催化剂还是参与反应的，它在中间消失过再出现，自然没办法保证它还在原来的地方。
既然对燃料电池这么感兴趣，我想你应该去看看：
《燃料电池及其应用》
作者: 隋智通
出版日期: 2004年03月第1版
《燃料电池及其应用》
作者: 黄镇江
出版日期: 2005年08月第1版
《燃料电池：原理·技术·应用》
作者: 衣宝廉
出版日期: 2003年08月第1版
光靠这里的问答式对话是搞不清楚其细节的。
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出版日期: 2004年03月第1版
《燃料电池及其应用》
作者: 黄镇江
出版日期: 2005年08月第1版
《燃料电池：原理·技术·应用》
作者: 衣宝廉
出版日期: 2003年08月第1版
光靠这里的问答式对话是搞不清楚其细节的。
wywydjzt 发表于 2010-8-20 14:40
？？哪家的燃料电池不是这样的？
楼主是不是以为燃料电池要点火的啊？？
？？哪家的燃料电池不是这样的？
楼主是不是以为燃料电池要点火的啊？？
回复 31# hdnbow
又来一位？不清楚的是为什么，问题也是。:L
又来一位？不清楚的是为什么，问题也是。:L
百臂巨人 发表于 2010-8-25 15:04
只想知道氢气与氧气为燃料的还会发生什么反应。
只想知道氢气与氧气为燃料的还会发生什么反应。
paini 发表于 2010-8-25 21:46
先谢了。[:a15:]
不过还是想先了解一点最基本的原理。
先谢了。[:a15:]
不过还是想先了解一点最基本的原理。
wywydjzt 发表于 2010-8-20 16:13
自学任意一本化学导论教材，或者物理化学教材。简明的就够。
自学任意一本化学导论教材，或者物理化学教材。简明的就够。
jiandingzhe 发表于 2010-8-26 17:07
在此提问也就是走个捷径，省点儿时间。:lol
另外阁下想来是比较了解的，可否画个（使用氢气与氧气）燃料电池的粗略结构简图来扫扫盲？{:yi:}
在此提问也就是走个捷径，省点儿时间。:lol
另外阁下想来是比较了解的，可否画个（使用氢气与氧气）燃料电池的粗略结构简图来扫扫盲？{:yi:}
能跟氢，氧反应的东西太多了，实际上肯定有别的反应在进行，慢慢就把催化剂耗光了或者反应产物覆盖催化剂表面，造成反应速率下降
wywydjzt 发表于 2010-8-27 15:40
理论上，所有的氧化还原反应都可以作成电池（虽然实际上不一定能做出来）。
对于氢气和氧气，氢气在一极失去电子，变成+1价氢；氧气在另外一极得到电子，变成-2价氧。至于它们具体变成哪个化合物里的组分，跟液体成分有关，别问我，全忘干净了。
电极可以是铂网，在两个极上面分别通氢气和氧气的气泡。
理论上，所有的氧化还原反应都可以作成电池（虽然实际上不一定能做出来）。
对于氢气和氧气，氢气在一极失去电子，变成+1价氢；氧气在另外一极得到电子，变成-2价氧。至于它们具体变成哪个化合物里的组分，跟液体成分有关，别问我，全忘干净了。
电极可以是铂网，在两个极上面分别通氢气和氧气的气泡。
在此提问也就是走个捷径，省点儿时间。
另外阁下想来是比较了解的，可否画个（使用氢气 ...
wywydjzt 发表于 2010-8-27 15:40
来，给你个链接，里面有很多你要的图——
http://lmgtfy.com/?q=%E7%87%83%E ... +%E5%9B%BE%E7%89%87
在此提问也就是走个捷径，省点儿时间。
另外阁下想来是比较了解的，可否画个（使用氢气 ...
wywydjzt 发表于 2010-8-27 15:40
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