袁青云

文章編號(hào)：1005－6629(2009)05－0014－02中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

1 設(shè)計(jì)意圖

本文設(shè)計(jì)的氫氧燃料電池，使用的電解能源來自太陽能電池，太陽能電池發(fā)電具有許多優(yōu)點(diǎn)，如：安全可靠、無噪聲、無污染、能量隨處可得，不受地域限制，無須消耗燃料等，這些優(yōu)點(diǎn)都是其它發(fā)電方式所不及的。使用的電極材料來自廢舊電池，實(shí)驗(yàn)的容器選用三口燒瓶，因此材料容易取得，裝置容易制作、操作簡(jiǎn)單、且具有環(huán)保理念，而且此裝置除了具有燃料電池的實(shí)驗(yàn)功能外，還具有電解水的實(shí)驗(yàn)功能，如應(yīng)用于教學(xué)上，將成為教師教學(xué)的好幫手，可進(jìn)一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，促進(jìn)課堂教學(xué)效果。

2 實(shí)驗(yàn)用品

太陽能電池（12V）, 廢電池（1號(hào)）2個(gè),三口燒瓶1個(gè)，電極座2個(gè)， 鱷魚夾4個(gè)， 掛鐘1個(gè)，音樂賀卡1個(gè)， 尖嘴鉗1把， 電線若干， 300瓦的碘鎢燈1只,鐵架臺(tái)(含鐵夾)3臺(tái)，多功能萬用表1只， 0.5%硝酸鉀溶液（或其他電解質(zhì)溶液）500 mL

3實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

3.1 電極的處理

用尖嘴鉗將兩個(gè)廢棄的1號(hào)電池?fù)荛_，取出中間兩個(gè)黑色的碳棒，在自來水籠頭下反復(fù)沖洗，然后擦干備用，用坩堝鉗夾住碳棒在酒精噴燈上加熱至紅熱，將其插入冷水中使其急劇冷卻，反復(fù)在酒精噴燈上加熱每個(gè)部位再急速冷卻，使碳棒表面活化，增強(qiáng)其吸附氣體能力。

3.2電解質(zhì)溶液的選擇

離子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速率除了與離子本性（包括離子半徑，離子水化程度，所帶電荷等）以及溶劑的性質(zhì)（如粘度等）有關(guān)以外，還與電場(chǎng)的電位梯度dE/dl 有關(guān)，顯然電位梯度越大，推動(dòng)離子運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)力也越大。表1列出了在298 K無限稀釋時(shí)幾種離子的遷移率。

在以上知識(shí)的基礎(chǔ)上，選擇了三種溶液：稀硫酸、氫氧化鈉溶液、硝酸鉀溶液（濃度均為0.5 %）作為電解質(zhì)溶液試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在12 V的太陽能電池下，硝酸鉀溶液作為電解質(zhì)溶液電壓能達(dá)到2 V左右，而稀硫酸、氫氧化鈉溶液只能達(dá)到1.2 V左右。然后又試驗(yàn)了不同濃度的硝酸鉀溶液，發(fā)現(xiàn)在較濃的溶液中效果不是很理想，主要原因是濃溶液中離子間相互引力較大，離子的速率均減慢。除了濃度之外，溫度對(duì)離子的遷移也有影響，這主要是影響離子的水合程度。在以上實(shí)驗(yàn)和分析的基礎(chǔ)上，選用硝酸鉀溶液作為電解質(zhì)溶液。

4 實(shí)驗(yàn)裝置

5 實(shí)驗(yàn)步驟

1. 將0.5 %硝酸鉀溶液加入三口燒瓶，待溶液加到瓶頸時(shí)，將兩根電極塞入左右兩個(gè)瓶孔中；

2. 將裝置左右傾斜，使兩側(cè)管內(nèi)的空氣全移至管外，而后再將裝置正立，將約10厘米左右的塑料管塞入中間管口中；

3. 將電極與太陽能電池相連接，置于日光下，開始進(jìn)行水的電解（如圖1）；

4. 通電一段時(shí)間，可觀察到三口燒瓶?jī)?nèi)兩側(cè)的氣柱高度約呈現(xiàn)1∶2的比例，當(dāng)氣體體積接近碳棒末端時(shí)，停止通電；

5. 用多功能萬用表測(cè)量其電壓約為2伏，用耗電量較小的音樂賀卡、掛鐘，連接于電極上，可發(fā)現(xiàn)生日賀卡鈴響和掛鐘正常轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖2、圖3）。

6. 如遇天氣不好等因素，可用圖4所示裝置替代，圖4裝置中所用光源為300瓦的碘鎢燈，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其效果在一定程度上可代替太陽光源。

6實(shí)驗(yàn)結(jié)論

利用上述改良式氫氧燃料電池，具有可作為水電解及燃料電池供電的雙重示范效果，改良后的實(shí)驗(yàn)裝置兼具環(huán)保理念，因其所用材料－碳棒來自廢舊電池及使用的電解液也可回收供下次再使用，實(shí)驗(yàn)成本低，環(huán)境污染小，安全系數(shù)高，儀器精巧，實(shí)驗(yàn)更容易開展，節(jié)約時(shí)間，教學(xué)效果好，比起其他常規(guī)實(shí)驗(yàn)更加簡(jiǎn)單易行，安全可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]氫氧燃料電池之微型化設(shè)計(jì)及在電化學(xué)教學(xué)應(yīng)用之研究[J] .CHEMISTRY（THE CHINESE CHEM. SOC., TAIPEI）2004,12(62): 547~554.

[2]傅獻(xiàn)彩等編.物理化學(xué)(下冊(cè))[M]. 北京:高等教育出版社，1990.10.