宋文國

（山東省滕州市第二中學 山東 滕州 277599）

氫氧燃料電池是一種將氫氣和氧氣反應的化學能通過電極反應直接轉(zhuǎn)換成電能的裝置。這種裝置的最大特點是反應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。中學化學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的重要內(nèi)容，高考中也經(jīng)?？嫉綒溲跞剂想姵兀瑢W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，可供中學化學教學演示使用。

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

負極 2H2＋ 4OHˉ→ 4H2O ＋ 4eˉ

正極 O2＋ 2H2O ＋ 4eˉ→ 4OHˉ

電池反應 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、玩具小風扇、石英鐘檢驗電流激發(fā)學生興趣。

（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。