制作绿色燃料电池的新实验

袁青云

文章编号：1005－6629(2009)05－0014－02中图分类号：G633.8文献标识码：C

1 设计意图

本文设计的氢氧燃料电池，使用的电解能源来自太阳能电池，太阳能电池发电具有许多优点，如：安全可靠、无噪声、无污染、能量随处可得，不受地域限制，无须消耗燃料等，这些优点都是其它发电方式所不及的。使用的电极材料来自废旧电池，实验的容器选用三口烧瓶，因此材料容易取得，装置容易制作、操作简单、且具有环保理念，而且此装置除了具有燃料电池的实验功能外，还具有电解水的实验功能，如应用于教学上，将成为教师教学的好帮手，可进一步提升学生学习的动机，促进课堂教学效果。

2 实验用品

太阳能电池（12V）, 废电池（1号）2个,三口烧瓶1个，电极座2个， 鳄鱼夹4个， 挂钟1个，音乐贺卡1个， 尖嘴钳1把， 电线若干， 300瓦的碘钨灯1只,铁架台(含铁夹)3台，多功能万用表1只， 0.5%硝酸钾溶液（或其他电解质溶液）500 mL

3实验准备

3.1 电极的处理

用尖嘴钳将两个废弃的1号电池拨开，取出中间两个黑色的碳棒，在自来水笼头下反复冲洗，然后擦干备用，用坩埚钳夹住碳棒在酒精喷灯上加热至红热，将其插入冷水中使其急剧冷却，反复在酒精喷灯上加热每个部位再急速冷却，使碳棒表面活化，增强其吸附气体能力。

3.2电解质溶液的选择

离子在电场中运动的速率除了与离子本性（包括离子半径，离子水化程度，所带电荷等）以及溶剂的性质（如粘度等）有关以外，还与电场的电位梯度dE/dl 有关，显然电位梯度越大，推动离子运动的电场力也越大。表1列出了在298 K无限稀释时几种离子的迁移率。

在以上知识的基础上，选择了三种溶液：稀硫酸、氢氧化钠溶液、硝酸钾溶液（浓度均为0.5 %）作为电解质溶液试验，结果发现在12 V的太阳能电池下，硝酸钾溶液作为电解质溶液电压能达到2 V左右，而稀硫酸、氢氧化钠溶液只能达到1.2 V左右。然后又试验了不同浓度的硝酸钾溶液，发现在较浓的溶液中效果不是很理想，主要原因是浓溶液中离子间相互引力较大，离子的速率均减慢。除了浓度之外，温度对离子的迁移也有影响，这主要是影响离子的水合程度。在以上实验和分析的基础上，选用硝酸钾溶液作为电解质溶液。

4 实验装置

5 实验步骤

1. 将0.5 %硝酸钾溶液加入三口烧瓶，待溶液加到瓶颈时，将两根电极塞入左右两个瓶孔中；

2. 将装置左右倾斜，使两侧管内的空气全移至管外，而后再将装置正立，将约10厘米左右的塑料管塞入中间管口中；

3. 将电极与太阳能电池相连接，置于日光下，开始进行水的电解（如图1）；

4. 通电一段时间，可观察到三口烧瓶内两侧的气柱高度约呈现1∶2的比例，当气体体积接近碳棒末端时，停止通电；

5. 用多功能万用表测量其电压约为2伏，用耗电量较小的音乐贺卡、挂钟，连接于电极上，可发现生日贺卡铃响和挂钟正常转动（如图2、图3）。

6. 如遇天气不好等因素，可用图4所示装置替代，图4装置中所用光源为300瓦的碘钨灯，通过实验发现其效果在一定程度上可代替太阳光源。

6实验结论

利用上述改良式氢氧燃料电池，具有可作为水电解及燃料电池供电的双重示范效果，改良后的实验装置兼具环保理念，因其所用材料－碳棒来自废旧电池及使用的电解液也可回收供下次再使用，实验成本低，环境污染小，安全系数高，仪器精巧，实验更容易开展，节约时间，教学效果好，比起其他常规实验更加简单易行，安全可靠。

参考文献：

[1]氢氧燃料电池之微型化设计及在电化学教学应用之研究[J] .CHEMISTRY（THE CHINESE CHEM. SOC., TAIPEI）2004,12(62): 547~554.

[2]傅献彩等编.物理化学(下册)[M]. 北京:高等教育出版社，1990.10.