燃料电池的制作与探索.PDF

燃料電池的製作與探索燃料電池的製作與探索 燃料電池的製作與探索燃料電池的製作與探索 高雄高 雄女女中中 化化學學教教師師 蕭蕭米米珍珍 高高 雄雄女女中中 化化 學學教教師師 蕭蕭 米米珍珍 近年來石化能源逐漸短缺 ，地球暖化問題日益嚴重，綠色能源，環保概念普遍受到重視， 加上高中教材-基礎化學第四章:生活的能源及高中 化學-電池章節中皆有提出有關燃料電池的 內容 ，因此嘗試將課本中描述的現象以隨手可得的材料製成教具 ，讓學生親身體驗，並以探 索式的活動:先以 Zn-Cu 電池的實驗讓學生複習一下國中所學過的電化學電池概念來引發其學 習動機進而瞭解燃料電池的相關內容 。 Zn-Zn-CuCu 電池的原理電池的原理 ZnZn--CuCu 電池的原理電池的原理 國中學過金屬活性順序 : Zn H2 Cu Ag ，藉由金屬活性的差異造成電位差 ，驅策電子流動， 進行氧化還原反應 。因此我們可以將 Zn 與 Cu 的氧化還原半反應分離於不同的區域 ，中間再 以導線連接 ，反應所產生的電子會在導線中傳遞進而產生電流。下列為 Zn-Cu 電池示意圖: Zn 極:1.發生氧化反應 Cu 極:1.發生還原反應 2.Zn Zn2++2e- 2.CuCu2++2e- 3.陽極 3.陰極 4. 負極 4.正極 5.活性較大的金屬 5.活性較小的金屬 2+ - 0 又 Zn → Zn + 2e E =0.76V 2+ - 0 + Cu +2e → Cu E =0.34V 2+ 2+ 0 Zn + Cu → Zn + Cu E =1.10V 0 上式中 E =1.10V 表示 Zn-Cu 電池的理想電動勢為 1.10 伏特 ，也就是Zn-Cu 電池理論 上可以產生的最大電壓為 1.10 伏特 ，當然每一個電池在實際運轉時理論上都不太可能達到所 謂的最大電壓 ，會有各種極化現象 ，使電池在實際運轉時所產生電壓降低而無法達成最大電 壓。 燃料電池燃料電池的原理的原理 燃料電池燃料電池的原理的原理 燃料電池最早可溯及 1839 年英國科學家 Willian R. Grove 的氣體電池 ，Grove 的氣體電 池構想源自於水的電解 ，他認為若能夠把水的分解反應逆轉也就是說將氫與氧反應變回水， 理論上會有電的產生 。Grove 的氣體電池也就是大家公認世上第一個燃料電池 。其反應如下 負極(陽極) H2(g) 2H+(aq) + 2e- + - 正極(陰極) 1/2 O + 2H + 2e H O 2(g) (aq) 2 (l) 全反應 H +1/2 O H O 2(g) 2(g) 2 (l) William R. Grove 的氣體電池實驗的氣體電池實驗 的氣體電池實驗的氣體電池實驗 William R. Grove （1811－1896 ） 燃料電池 （Fuel Cell ），是一種發電裝置 ，是以持續添加燃料來維持其電力 ，所需的燃 料是 「氫」。燃料電池所使用的「氫」燃料可