氫氧熔融碳酸鉀燃料電池方程式
負極:H2– 2e- + 2OH—→2H2O (氧化反應)
正極:O2 + H2O + 4e→ OH—(還原反應)總反應方程式 2H2 + O2 → 2H2O
一、氫氧燃料電池 氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑(Pt)或石墨做電極材料,負極通入H2,正極通入 O2, 總反應為:2H2 + O2 === 2H2O 電極反應特別要注意電解質,有下列三種情況:
1.電解質是KOH溶液(鹼性電解質) 負極發生的反應為:H2 + 2e- === 2H+ ,2H+ + 2OH- === 2H2O,所以: 負極的電極反應式為:H2 – 2e- + 2OH- === 2H2O 正極是O2得到電子,即:O2 + 4e- === 2O2- ,O2- 在鹼性條件下不能單獨存在,只能結合H2O生成OH-即:2O2- + 2H2O === 4OH- ,因此, 正極的電極反應式為:O2 + H2O + 4e- === 4OH- 。
2.電解質是H2SO4溶液(酸性電解質) 負極的電極反應式為:H2 +2e- === 2H+ 正極是O2得到電子,即:O2 + 4e- === 2O2- ,O2- 在酸性條件下不能單獨存在,只能結合H+生成H2O即:O2- + 2 H+ === H2O,因此 正極的電極反應式為:O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O(O2 + 4e- === 2O2- ,2O2- + 4H+ === 2H2O)
3. 電解質是NaCl溶液(中性電解質) 負極的電極反應式為:H2 +2e- === 2H+ 正極的電極反應式為:O2 + H2O + 4e- === 4OH-
説明: 1.鹼性溶液反應物、生成物中均無H+ 2.酸性溶液反應物、生成物中均無OH- 3.中性溶液反應物中無H+ 和OH- 4.水溶液中不能出現O2-
如電解質是氫氧化鈉溶液,則氫離子會與氫氧根反應生成水,故負極反應為H2-2e-+2OH-=2H2O
氧負離子會與水反應生成氫氧根,即O2+4e-+2H2O=4OH-
如電解質是稀硫酸溶液,則氫離子不會再反應,故負極反應為H2-2e--=2H+
氧負離子會與氫離子反應生成水,即O2+4e-+4H+=2H2O
如電解質是熔融Li2O,則氫離子會與氧負離子反應生成水,故負極反應為H2-2e-+O2-=H2O
氧負離子不會再反應,即O2+4e-=2O2-
熔融碳酸鹽燃料電池電極反應式為:電池反應:O2+2H2→2H2O。陰極反應:O2+2CO2+4e-→2C03,陽極反應:2H2+2CO3→2CO2+2H20+4e。熔融碳酸鹽燃料電池簡稱MCFC,是由多孔陶瓷陰極、多孔陶瓷電解質隔膜、多孔金屬陽極、金屬極板構成的燃料電池,其電解質是熔融態碳酸鹽。
熔融碳酸鹽燃料電池優點在於工作温度較高,反應速度加快對燃料的純度要求相對較低,可以對燃料進行電池內重整,不需貴金屬催化劑,成本較低。採用液體電解質,較易操作。熔融碳酸鹽燃料電池電解質為熔融碳酸鹽,一般為鹼金屬Li、K、Na、Cs的碳酸鹽混合物,隔膜材料是LiAiO2,正極和負極分別為添加鋰的氧化鎳和多孔鎳。
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