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高中化学人民教育出版社选择性必修1
第四章 化学反应与电能
第一节 《原电池》
（第三课时）
清洁绿色氢能源
—原电池 第三课时
《
缺点：单位质量输出的电 能 少（比能量低） 废弃电池污染环境
缺点：有机电解液易燃易爆，
电池安全性能低
面临资源枯竭
创 设 情 境 引 出 课 题
缺点：
不可重复使用
创 设 情 境 引 出 课 题
《
【任务卡片】
1.制取氢气、氧气
2.设计实验
【 试 剂 仪 器 】 0.5mol/L、
1mol/LNa2SO4溶液、铅蓄电池、U 型管 石墨棒、导线、电流传感器 音乐卡
设计实验，
验证猜想
任 务 二 探 秘 燃 料 电 池
实现一个相当于燃烧反应的电
池反应---燃料电池
任 务 一 寻 找 绿 色 环 保 大 容 量 电 池
《
原电池
电池的构 成条件
电池的原 理
电池的装 置
寻找理想的的氧化还原反应
寻找理想的电极与电解质
极
音乐卡响了
吸附的氢气、氧气量多， 提供的电流大
音乐卡响了时间较短
吸附的氢气、氧气量少， 提供的电流小
15cm石墨电
5cm石墨电
任 务 二 探 秘 燃 料 电 池
VS
极
《
任 务 二 探 秘 燃 料 电 池
【改进实验】
8
判断电解质与反应物是否共存
写出电极反应式基本框架
判定正负极电极反应
依据三大守恒配平方程式
构 建 电 极 反 应 方 程 式 书 写 模 型
设1
想环境
定物
再守恒
9
问题： 在汽车中该如何设计这款氢氧燃料电池呢？
方案一：在汽车中加一个储氢瓶和储氧瓶。
方案二：在汽车内部加入能产生氢气的装置。
问题：在汽车中，氢气和氧气通过什么样的方法获得？
方案一：电解水
方案二： 金属和稀硫酸
问题： 在汽车中该如何改进这款氢氧燃料电池呢？ 方案一：保证装置的密封性
方案二：电极和反应物的接触面积 电极间距离
任 务 三 设 计 原 电 池 让 小 汽 车 跑 起 来
在考虑汽车载重、安全、造价、装置简约性等因素，用什么方法更好？
任 务 三 设 计 原 电 池 让 小 汽 车 跑 起 来
燃料汽车
11
性能飞跃，成本降低，耐久性提高 全氟磺酸质子交换膜问世
应用于航
天领域
任 务 四 揭 秘 电 动 车 用 氢 氧 燃 料 电 池
1930 1950 1980 1990 2000 2010 2015 2020
15KW燃料 电池
最早的燃料
电池5KW
以丰田、本田、现代为 代表的燃料电池乘用车 实现量产
以丰田Mirai推出里程 700k燃料电池
航空航 海领域
高压储氢
瓶技术推
动续航里程
电池的研发
科学家提出
燃料电池想法
新型电池
实验阶段
军用阶段
民用阶段
1960
1830
0
添加标题
第四代氢 质子 交化换
第 一 代燃料电池（ AFC P AFC ） 第 二 代 熔 融 碳 酸 盐 燃 料 第三代固体氧化物燃 膜燃料电池
电 池（ M C F C ) 料电 池 (SOF C) ( PE MFC)
任 务 四 揭 秘 电 动 车 用 氢 氧 燃 料 电 池
反应物
离子导体
负极：H2 正极：O2 (多孔碳电极)
KOH/H3 PO4
第一代碱性/酸性燃料电池（AFC/PAFC)
负极： 2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O
正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
电解质：H3 PO4
电解质：KOH
电极反应：
负极： 2H2 +2 CO32- - 4e- ＝2CO2 +2H2O
正极: O2+ 2CO2 + 4e- ＝ 2CO32-
优点：运行温度为650℃左右。主要用于发电厂，燃料灵活、其热电联产效率可以达到 80%以上。
缺点：高温损坏电池零件、启动时间长
反应物
离子导体
负极：H2 正极：O2 (多孔金属 )
熔融碳酸盐
第二代熔融碳酸盐燃料电池（MCFC)
优点：固体氧化物燃料电池（如氧化锆-氧化钇）作为电解质，高达800-1000℃ , 燃料选择范围广，广泛应用 于大型、小型固定式热电联产发电站
缺点：高温损坏电池零件、启动时间长
反应物
离子导体
负极：H2 正极：O2 (碳载镍)
固体氧化物
第三代固体氧化物燃料电池（SOFC)
负极:2H2 + 2O2- — 4e- ＝2H2O
正极:O2 + 4e- ＝ 2O2-
反应物
离子导体
负极：H2 正极：O2 (双极板 )
氢离子
优点：具有较高的能量效率,体积重量小,冷启动时间短,交通领域燃料电池的首选,
缺点：催化剂成本高，燃料纯度要求高
第四代氢质子交换膜燃料电池（PEMFC)
负极:2H2 -4e- ＝4H+
正极:O2+ 4H+ + 4e- ＝2H2O
任 务 四 揭 秘 电 动 车 用 氢 氧 燃 料 电 池
优 点
资源非常丰富
能量转化率高
产物环保无污染
任 务 四 揭 秘 电 动 车 用 氢 氧 燃 料 电 池
优 点
资源非常丰富
《
能量转化率高
产物环保无污 染
缺 点
安全性低
储氢条件苛刻
任 务 四 揭 秘 电 动 车 用 氢 氧 燃 料 电 池
化学前沿
降低成本 安全高效
《
梳理总结
《
积累学识
能量与文明
引领中华民族伟大复兴
化学电源跨入新时代
《

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