三、燃料电池（Fuel Cell）

图7—38 铅酸蓄电池的充电、放电曲线

这一数据指出，如果能把丙烷的燃烧反应转化为电池反应，理论上可得95%的“热效率”。实际工作时因种种因素，电池无法在可逆条件下工作，故实际效率仅能达60%～70%左右，即使是这样，其效率仍远较内燃机的20%左右为高，故“燃料电池”之引起注目，也绝非偶然。

图7—39 H2—O2燃料电池示意图

目前，燃料电池根据工作温度可分为低温燃料电池、中温燃料电池以及高温燃料电池等类型。这里仅以低温燃料电池为例说明其特点。所有低温燃料电池以水为溶剂，酸或碱为电解质，正极为氧气电极或空气电极，负极为氢气电极或可溶于水的燃料如甲醇、肼或氨与金属构成。为加速反应的进行以维持一定的工作电流，常在电极上应用某种催化剂，并使用多孔性电极以增加电极表面积，图7—39为一氢—氧燃料电池示意图。正极及负极分别由多孔性镍电极构成，电解质溶液为27%的KOH，二电极间用隔膜如离子交换树脂隔膜隔开。电极反应为：

燃料电池在理论上可以达到极高的能量转化效率，这是其他方法不可能的。这对于更有效地利用地球上的宝贵资源，减少环境污染均具有极其重大的意义。目前，人类已经在某些领域应用燃料电池作为能量的供给源。如阿波罗宇宙飞船上采用三组碱式氢氧燃料电池提供电能，电池的电压范围为27V～31V，装置的功率为563W～1420W。

设计并制造出可供实际一般用途的燃料电池具有极其重大的意义，但目前还存在不少问题与困难，如需寻找合适的催化剂，现有燃料电池的电极材料价格较贵，电池电解液的腐蚀性比较强等，这些问题均有待进一步研究解决。

思考题

1.组成原电池有哪些必要条件？

2.表观迁移数与真实迁移数有什么不同？

3.在电镀工业上一般都用钾盐，而不用钠盐，你知道为什么吗？

4.一组串联电池，分别电解含有银离子、铜离子和三价金离子的溶液，若有1 mol Au析出时，银和铜的析出量是多少？

5.离子平均活度系数与离子强度的关系如何？

6.某电池反应可以写成如下两种形式，则所计算出的电动势E，标准摩尔吉布斯自由能变化值和标准平衡常数值是否相同？

7.韦斯顿标准电池的电动势主要与镉汞齐的活度有关。在298K时，其电动势值为1.01823V，则镉汞齐的活度应是个定值。但是在配制时只要含镉的质量百分数落在5～14之间，电动势就有定值，这是为什么？

8.用醌氢醌电极测定溶液的pH时，该电极的反应是醌在酸性溶液中得到两个电子还原成氢醌。醌氢醌是醌和氢醌的等分子复合物，但反应过程中显然醌减少，氢醌增加，在电极电势的计算公式中为什么仍可以将醌和氢醌的活度看作相等而消去？

10.如果规定标准氢电极的电极电势为1V，则各可逆电极的还原氢标电势值有什么变化？电池的电动势有什么变化？

12.为什么实际分解电压总要比理论分解电压高？

13.什么叫极化作用，主要有哪几种？

15.在298K和大气压力下，水溶液中有若干个阳离子，它们的活度和氢气析出在该金属上的超电势如表7—9所示，判断电解时离子析出的次序。

表7—9

16.金属防腐的方法主要有哪几种？

习　题

7—2 铜电量计、气体电量计和碘电量计串联在同一电路上，今测得气体电量计上析出气体换算为STP时体积为34.0mL。试问在铜电量计上析出的铜及在碘电量计上析出的碘的质量分别为多少克？

表7—10

（答： -255.25kJ）

7—15 对同一电池，能否说消除液接电势后测得的电动势总是比有液接电势存在时测得的电动势大？为什么？

（答：一般而言，两者不可以比较，因有液接电势存在时为不可逆）

7—16在298K，设计一浓差电池以求Zn-Cu合金中Zn的活度，要求写出电池表达式，电池反应的电动势计算公式。在298K时有下述电池：