自制簡易氫氧燃料電池

宋文國

（山東省滕州市第二中學(xué) 山東 滕州 277599）

氫氧燃料電池是一種將氫氣和氧氣反應(yīng)的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。這種裝置的最大特點是反應(yīng)過程中不涉及到燃燒，可以在低溫下進行，能量轉(zhuǎn)換效率高，可達60%～80%，實際使用效率則是普通內(nèi)燃機的2～3倍。另外，它還具有噪音低、對環(huán)境污染小、可靠性及維護性好等優(yōu)點，因此燃料電池的研究受到各國的重視。由于燃料電池在電極制作和燃料的儲存、攜帶方面技術(shù)要求很高，目前尚未得到普及。中學(xué)化學(xué)教科書的大部分版本中關(guān)于燃料電池的介紹僅限于文字和示意圖，這使得學(xué)生對燃料電池的構(gòu)造和原理缺乏感性認識，從而產(chǎn)生一種神秘感。而氫氧燃料電池又是高中化學(xué)的重要內(nèi)容，高考中也經(jīng)常考到氫氧燃料電池，學(xué)生對新型的燃料電池也很感興趣，鑒于此筆者設(shè)計了一個氫氧燃料電池的簡易裝置，儀器要求極其簡單，實驗效果很好，可供中學(xué)化學(xué)教學(xué)演示使用。

一、實驗裝置

實驗裝置如圖所示：

（自制簡易氫氧燃料電池可以產(chǎn)生1伏左右的電壓）注：本圖中的簡易裝置是玻璃吹制的

二、裝置制作方法

1.石墨電極的制作：把從舊電池中取來的石墨棒洗凈，在酒精噴燈上加熱除去雜物，并淬火多次，即形成多空石墨電極。

2.在石墨電極上焊接上銅導(dǎo)線，然后用熱熔膠或石蠟固定密封到玻璃管一端，如右圖所示。

3.把兩根含電極的玻璃管和第3只玻璃管按右圖插入三孔膠塞中，并按右圖連接好裝置。圖中電源可以用6V－12V電池，也可以用學(xué)生直流電源；檢驗氫氧燃料電池電流可以用電流表、音樂賀卡、玩具小風(fēng)扇、石英鐘等。

（有條件的可以吹制成玻璃的，使用更方便）

三、使用方法

1.向廣口瓶中注入30%的KOH溶液至如圖所示的位置，然后用膠塞塞住空玻璃管口，將廣口瓶倒立過來使含有電極的玻璃管充滿溶液，然后再把廣口瓶正立過來，并拿掉空玻璃管的膠塞。

2.接通電源，電解KOH溶液制取氫氣和氧氣，等玻璃管中收集了一部分氣體后關(guān)閉電源，注意不要讓溶液和電極分離，此時就構(gòu)成了一個簡易的氫氧燃料電池。

3.把電路與電流表連接，可以看到電流表指針偏轉(zhuǎn)，如連接音樂賀卡，音樂賀卡可以發(fā)出聲音，證明氫氧燃料電池可以放電。

四、電極反應(yīng)

負極 2H2＋ 4OHˉ→ 4H2O ＋ 4eˉ

正極 O2＋ 2H2O ＋ 4eˉ→ 4OHˉ

電池反應(yīng) 2H2＋O2＝2H2O

五、裝置優(yōu)點

（1）裝置材料易得、制作容易（使用的儀器和藥品等都是實驗室常用的和生活中常見的）。

（2）操作簡單，現(xiàn)象明顯，放電過程中兩級液面緩緩上升，說明氫氣、氧氣在被消耗。

（3）可以循環(huán)使用，成功率100%（可以使用6V－12V電池電解KOH溶液制取氫氣和氧氣）。

（4）可以使用音樂賀卡、玩具小風(fēng)扇、石英鐘檢驗電流激發(fā)學(xué)生興趣。

（5）也可做水電解儀使用。

六、裝置再改造

本裝置也可以改造為能持續(xù)供電的燃料電池。改造后裝置如下圖所示：

上面兩個孔一個通氫氣，一個通氧氣，下面兩個孔防止通入氣體過多使電極和溶液分離。