資源簡介

(共23張PPT)
高中化學人民教育出版社選擇性必修1
第四章 化學反應與電能
第一節 《原電池》
（第三課時）
清潔綠色氫能源
—原電池 第三課時
《
缺點：單位質量輸出的電 能 少（比能量低） 廢棄電池污染環境
缺點：有機電解液易燃易爆，
電池安全性能低
面臨資源枯竭
創 設 情 境 引 出 課 題
缺點：
不可重復使用
創 設 情 境 引 出 課 題
《
【任務卡片】
1.制取氫氣、氧氣
2.設計實驗
【 試 劑 儀 器 】 0.5mol/L、
1mol/LNa2SO4溶液、鉛蓄電池、U 型管 石墨棒、導線、電流傳感器 音樂卡
設計實驗，
驗證猜想
任 務 二 探 秘 燃 料 電 池
實現一個相當于燃燒反應的電
池反應---燃料電池
任 務 一 尋 找 綠 色 環 保 大 容 量 電 池
《
原電池
電池的構 成條件
電池的原 理
電池的裝 置
尋找理想的的氧化還原反應
尋找理想的電極與電解質
極
音樂卡響了
吸附的氫氣、氧氣量多， 提供的電流大
音樂卡響了時間較短
吸附的氫氣、氧氣量少， 提供的電流小
15cm石墨電
5cm石墨電
任 務 二 探 秘 燃 料 電 池
VS
極
《
任 務 二 探 秘 燃 料 電 池
【改進實驗】
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判斷電解質與反應物是否共存
寫出電極反應式基本框架
判定正負極電極反應
依據三大守恒配平方程式
構 建 電 極 反 應 方 程 式 書 寫 模 型
設1
想環境
定物
再守恒
9
問題： 在汽車中該如何設計這款氫氧燃料電池呢？
方案一：在汽車中加一個儲氫瓶和儲氧瓶。
方案二：在汽車內部加入能產生氫氣的裝置。
問題：在汽車中，氫氣和氧氣通過什么樣的方法獲得？
方案一：電解水
方案二： 金屬和稀硫酸
問題： 在汽車中該如何改進這款氫氧燃料電池呢？ 方案一：保證裝置的密封性
方案二：電極和反應物的接觸面積 電極間距離
任 務 三 設 計 原 電 池 讓 小 汽 車 跑 起 來
在考慮汽車載重、安全、造價、裝置簡約性等因素，用什么方法更好？
任 務 三 設 計 原 電 池 讓 小 汽 車 跑 起 來
燃料汽車
11
性能飛躍，成本降低，耐久性提高 全氟磺酸質子交換膜問世
應用于航
天領域
任 務 四 揭 秘 電 動 車 用 氫 氧 燃 料 電 池
1930 1950 1980 1990 2000 2010 2015 2020
15KW燃料 電池
最早的燃料
電池5KW
以豐田、本田、現代為 代表的燃料電池乘用車 實現量產
以豐田Mirai推出里程 700k燃料電池
航空航 海領域
高壓儲氫
瓶技術推
動續航里程
電池的研發
科學家提出
燃料電池想法
新型電池
實驗階段
軍用階段
民用階段
1960
1830
0
添加標題
第四代氫 質子 交化換
第 一 代燃料電池（ AFC P AFC ） 第 二 代 熔 融 碳 酸 鹽 燃 料 第三代固體氧化物燃 膜燃料電池
電 池（ M C F C ) 料電 池 (SOF C) ( PE MFC)
任 務 四 揭 秘 電 動 車 用 氫 氧 燃 料 電 池
反應物
離子導體
負極：H2 正極：O2 (多孔碳電極)
KOH/H3 PO4
第一代堿性/酸性燃料電池（AFC/PAFC)
負極： 2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O
正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
電解質：H3 PO4
電解質：KOH
電極反應：
負極： 2H2 +2 CO32- - 4e- ＝2CO2 +2H2O
正極: O2+ 2CO2 + 4e- ＝ 2CO32-
優點：運行溫度為650℃左右。主要用于發電廠，燃料靈活、其熱電聯產效率可以達到 80%以上。
缺點：高溫損壞電池零件、啟動時間長
反應物
離子導體
負極：H2 正極：O2 (多孔金屬 )
熔融碳酸鹽
第二代熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC)
優點：固體氧化物燃料電池（如氧化鋯-氧化釔）作為電解質，高達800-1000℃ , 燃料選擇范圍廣，廣泛應用 于大型、小型固定式熱電聯產發電站
缺點：高溫損壞電池零件、啟動時間長
反應物
離子導體
負極：H2 正極：O2 (碳載鎳)
固體氧化物
第三代固體氧化物燃料電池（SOFC)
負極:2H2 + 2O2- — 4e- ＝2H2O
正極:O2 + 4e- ＝ 2O2-
反應物
離子導體
負極：H2 正極：O2 (雙極板 )
氫離子
優點：具有較高的能量效率,體積重量小,冷啟動時間短,交通領域燃料電池的首選,
缺點：催化劑成本高，燃料純度要求高
第四代氫質子交換膜燃料電池（PEMFC)
負極:2H2 -4e- ＝4H+
正極:O2+ 4H+ + 4e- ＝2H2O
任 務 四 揭 秘 電 動 車 用 氫 氧 燃 料 電 池
優 點
資源非常豐富
能量轉化率高
產物環保無污染
任 務 四 揭 秘 電 動 車 用 氫 氧 燃 料 電 池
優 點
資源非常豐富
《
能量轉化率高
產物環保無污 染
缺 點
安全性低
儲氫條件苛刻
任 務 四 揭 秘 電 動 車 用 氫 氧 燃 料 電 池
化學前沿
降低成本 安全高效
《
梳理總結
《
積累學識
能量與文明
引領中華民族偉大復興
化學電源跨入新時代
《

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