自制氢燃料电池

氢燃料电池能够直接将氢气和氧气转换成电能，副产品是纯水，因此对环境没有任何污染。目前氢燃料电池主要被应用在需要高效、清洁的电能的高科技装备，例如航天器上。

本期，介绍一种在家里就可以制作的简易氢燃料电池模型，来了解这种装置的原理。

材料和工具

15厘米长的镀铂镍丝（实验室专用器材），1根木棒或类似大小的木片，1块9伏干电池，以及专用电池夹，透明胶带，万用表，水杯和水。

制 作 过 程

1.制作电极。把2根镀铂镍丝分别在万用表的探针上绕成弹簧状，作为氢燃料电池的2个电极（图1）。

2.将电池夹2根导线的中间部位分别剥去一小段绝缘外皮，但不要弄断导线，然后把露出的金属丝各与1个电极拧在一起。2个电极用透明胶带分开固定在木棒上（图2）。

3.用透明胶带把木棒固定在水杯上，让2个铂丝电极完全浸入水中。万用表调到电压档，测量2个电极之间的电压。即万用表的红表笔接红色导线的开放端，黑表笔接黑色导线开放端。此时万用表的读数是0伏（或者一个很小的读数，如0.01伏），说明2个电极之间没有电压（图3）。

4.准备制造氢燃料电池的原料：氢气和氧气。把1块9伏电池接在电池夹上，红色导线对应电池正极，黑色导线对应负极。如图4，万用表测量出2个铂丝电极之间存在9.19伏的电压。

这是因为2个铂电极浸没在水中，通电以后开始电解水反应。可以发现2个电极上产生气泡，其中在正极（红色导线连接的铂丝）上产生的是氧气，负极产生的是氢气（如图5）。因为实验不需要太多气体，因此电池并不需要真正安装在电池夹上，只需要短暂接触1～2秒钟即可。

5.有了氢气和氧气，自制的氢燃料电池就可以工作，开始产生电能了！拿开干电池，可看到2个电极之间存在2.03伏的电压（图6）。回顾步骤3，电极上没有附着氢气和氧气的时候，两者之间是不存在电压的。这说明此时自制的氢燃料电池已经开始工作，正在输出电能。

在步骤4电解水的过程中，氢燃料电池消耗了电能，把水分解成氢气和氧气，相当于给氢燃料电池充电；此时是电解水的逆过程，附着在电极上的氢气和氧气重新化合成水，产生电能。整个过程中电极上的金属铂必不可少，其起到了催化剂的作用，虽然它并不参与反应，但是它能促使反应的发生。正是由于铂的稀缺与昂贵，才大大限制了燃料电池的大规模推广应用。

观察万用表，可以发现自制的氢燃料电池输出的电压下降得很快，这是因为电极上的氢气和氧气在快速减少——附着在电极上的气泡里的气体快速溶解到水里去了。大约1分钟之后，电压开始稳定在一个数值，然后慢慢降低，因为此时氢气和氧气不再溶解进水里，只有氢燃料电池在缓慢消耗它们（图7）。

自制的氢燃料电池结构非常简单，输出的电力也非常微弱，但是足以说明它的工作原理了。在实验里，用干电池输出的电能产生氢气和氧气，给氢燃料电池“充电”。