第6章 电化学基础课件.pptVIP

3. 氢镍电池 日益受到人们重视的新电池 以新型储氢材料——钛镍合金或镧镍合金、混合稀土镍合金为负极，镍电极为正极，氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池电动势约为1.20V -)Ti-Ni︱H2(p)︱KOH(c)︱NiO(OH)︱C(+ 氢镍电池被称为绿色环保电池，无毒、不污染环境。其突出优点是循环寿命很长 6.3.3 Fuel Cells 燃料电池 It is an energy converter directly converting chemical energy into electrical energy, first proposed by William Grove in 1839 20世纪60年代美国成功地把燃料电池用于“双子星座”和“阿波罗”飞船中。 80年代日本引进美国技术，建立了燃料电池发电厂，大大提高了燃料的综合利用效率 燃料电池的特点与优点 与一般电池不同，它所需的电极活性物质还原剂、氧化剂并不存在于电池内部，而是全部由电池外部供给的。原则上只要在放电过程中不断输入活性物质，同时将电极反应产物不断排出电池，燃料电池就能可以连续不间断地工作 优点： ①能量效率高。经过化学能一热能一机械能一电能的热力发电过程，各转化步骤都有能量损失，效率要比卡诺循环低得多。目前热电厂的效率大约是：核能30％-40％，天然气30％-40％，煤33％-38％和油34％-40％；而燃料电池可达60％。 ②操作简。③环境污染小 Basic situations: （1）non-consuming porous electrodes 非消耗性多孔电极 （2）at positive electrode：oxidant, usually O2 in air （3）at negative electrode：fuel, usually H2 （4）main reactions H2 - 2 e → 2 H+ O2 + 4H+ + 4 e → 2 H2O 燃料电池由燃料、氧化剂和电解质构成 燃料电池以还原剂（如氢气、肼、烃、甲醇、煤气、天然气等）为负极反应物质，以氧化剂（如氧气、空气等）为正极反应物质。 为了使燃料便于进行电极反应，阴、阳极必须是多孔气体电极，同时要求电极材料具有催化剂特征，多孔碳、多孔镍和铂、银等贵金属是常用电极材料。 电解质则有碱性、酸性、熔融盐、固体电解质以及高聚物电解质离子交换膜等 H2 H2O O2 electrolyte load electrocatalyst H+ electrocatalyst cathode anode Classification： Phosphoric acid fuel cell（PAFC） 磷酸型燃料电池 Melted carbonate fuel cell （MCFC） 熔融碳酸盐型 Solid oxide fuel cell （SOFC） 固体氧化物型 Polymer electrolyte fuel cell （PEFC） 聚合物电解质型 Alkaline fuel cell （AFC） 碱性燃料电池 1. 碱性燃料电池 这种燃料电池常用30％～50％的KOH为电解液，燃料是氢气，氧化剂是氧气。氢氧燃料电池的燃烧产物为水，因此对环境无污染。电池可用图式表示为： -）︱C︱H2(p)︱KOH(aq)︱O2(p)︱C(+ 负极：2H2(g)+4OH-(aq) = 4H2O(l)+4e- 正极：O2(g)+2H2O(l)+4e- = 4OH-(aq) 电池总反应：2H2(g)+O2(g) = 2H2O(l) 当H2和O2的分压为100kPa，KOH浓度为30％时，电池的理论电动势为1.23V。 已经被应用于美国载人宇宙飞船上，也曾用于叉车、牵引车。缺点是使用贵金属为催化剂，实际使用寿命有限 2.磷酸型燃料电池 这种电池采用磷酸为电解质，利用廉价的碳材料为骨架。 除了可以用氢气为燃料外，现在还有可能直接利用甲醇、天然气等廉价燃料。 磷酸型燃料电池是目前最成熟的燃料电池。 3．聚合物电解质膜燃料电池 在聚合物网络(如聚乙烯、聚四氨乙烯)上连接可以进行阳离子或阴离子交换功能团(如磺酸功能团)，可构成固态聚合物酸性电解质。 用聚合物膜的特点： ①这种膜构成的燃料电池比其他燃料电池简单、紧凑； ②离子导电性高，但对电子不导通； ③化学稳定性高，可抗氧