◇ 江蘇 邵曉華

燃料電池是一種通過電極反應(yīng)直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置:燃料電池技術(shù)是繼水力、火力和核能之后的新一代發(fā)電技術(shù).如將燃料和空氣分別送進(jìn)燃料電池,中間不經(jīng)過燃燒過程,燃料中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,就產(chǎn)生了電流.燃料電池中通入空氣的是正極,氧氣發(fā)生還原反應(yīng);通入燃料的是負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng).非水燃料電池是以熔融金屬氧化物或碳酸鹽為電解質(zhì)的燃料電池.

1 固態(tài)金屬氧化物燃料電池

固態(tài)金屬氧化物燃料電池以金屬氧化物為電解質(zhì),金屬氧化物中只能通過氧離子(O2－),O2在正極得到電子生成O2－,燃料在負(fù)極失去電子,結(jié)合O2－生成CO2和H2O.

例1直接煤—空氣燃料電池原理如圖1所示,下列說法錯(cuò)誤的是( ).

圖1

A.隨著反應(yīng)的進(jìn)行,氧化物電解質(zhì)的質(zhì)量不斷減少

B.負(fù)極的電極反應(yīng)式為

C.電極X為負(fù)極,O2－向X極遷移

D.直接煤—空氣燃料電池的能量效率比煤燃燒發(fā)電的能量效率高

分析燃料電池中O2是正極,得到電子生成O2－通過金屬氧化物電解質(zhì)移向負(fù)極,燃料在負(fù)極失去電子結(jié)合O2－生成CO2和H2O.氧化物電解質(zhì)的質(zhì)量不會(huì)減少,在電極Y上O2得到電子生成O2－不斷再補(bǔ)充,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由原理圖分析可知,其負(fù)極反應(yīng)式為,選項(xiàng)B正確;原電池內(nèi)部的陰離子向負(fù)極移動(dòng),選項(xiàng)C正確;直接煤—空氣燃料電池是把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,而煤燃燒發(fā)電是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,再轉(zhuǎn)化為電能,其中能量損耗較大,選項(xiàng)D正確.

2 熔融碳酸鹽燃料電池

熔融碳酸鹽燃料電池是一種以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)的燃料電池,電解質(zhì)中可以通過,O2在正極得到電子生成O2－,再結(jié)合CO2生成,燃料在負(fù)極失去電子,生成CO2.

例2科學(xué)家設(shè)計(jì)的以熔融碳酸鹽為電解質(zhì),C4H10為燃料的電池工作原理如圖2,下列說法正確的是( ).

圖2

A.a為C4H10,b為CO2

C.此電池在常溫下也能工作

D.通入丁烷的一極是負(fù)極,電極反應(yīng)式為

C4H10－26e－＋13＝17CO2↑＋5 H2O

分析熔融碳酸鹽電解質(zhì)中只允許通過,因此正極通入O2的同時(shí)還要通入CO2,使O2得到電子生成O2－,再結(jié)合CO2生成.燃料電池中通入燃料的電極是負(fù)極,通入氧化劑的電極是正極,根據(jù)電子流向,左邊電極是負(fù)極,右邊是正極,所以a為C4H10,b為O2,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;原電池放電時(shí),陰離子移向負(fù)極,即向負(fù)極移動(dòng),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;碳酸鹽需要在高溫條件下才能熔化,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;通入丁烷的一極是負(fù)極,發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為C4H10－26e－＋13＝17CO2↑＋5 H2O,選項(xiàng)D正確.答案為D.

總之,非水燃料電池中一定要明確電解質(zhì)中能通過什么離子,再確定正極O2得電子生成什么粒子,負(fù)極燃料失去電子生成什么粒子,同時(shí)要結(jié)合示意圖中物質(zhì)轉(zhuǎn)化進(jìn)行回答.