必修2 技术与设计2通用技术《 第二章 流程与设计 本章小结 综合学习活动 》精品课教案

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(1) 了解燃料电池的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的应用。

(2) 观察仪器的能量转换过程：光能→太阳能电池→电能→电解池→氢能（能量储存）→燃料电池→电能。

(3) 熟悉电子负载、直流电源的操作。

(4)培养学生的实验能力和绿色环保意识。

二、实验原理：

氢氧燃料电池以氢气作燃料为还原剂，氧气作氧化剂氢氧燃料电池，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池，与原电池的工作原理相同。

氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。

工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（氧气）。氢在负极上的催化剂的作用下分解成正离子H+和电子e-。氢离子进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，氧气同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。

氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的装置，氢氧燃料电池的反应物都在电池外部它只是提供一个反应的容器：

氢气和氧气都可以由电池外提供，燃料电池是一种化学电池，它利用物质发生化学反应时释出的能量，直接将其变换为电能。从这一点看，它和其他化学电池如锌锰干电池、铅蓄电池等是类似的。但是，它工作时需要连续地向其供给反应物质——燃料和氧化剂，这又和其他普通化学电池不大一样。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。

具体地说，燃料电池是利用水的电解的逆反应的"发电机"。它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，2013年正发展为直接使用固体的电解质。

工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气）。氢在负极分解成正离子H+和电子e-。当氢离子进入电解液中，而电子就沿外部电路移向正极。用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水。这正是水的电解反应的逆过程。此过程水可以得到重复利用，发电原理与可夜间使用的太阳能电池有异曲同工之妙。

燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性碳电极等。

利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种"发电机"。

三、实验仪器

清洁能源套装

仪器的构成如图3所示

四、实验内容与步骤：

一）、电解模块的准备和干电池制氢

1、将再生式燃料电池插入到塑料底座方槽内。剪2根长度为4厘米的硅胶管，将其中一根胶管一端用黑色塑料塞压入，然后把胶管的另一端套入到燃料电池“H2”侧上方的气嘴里。把另一根胶管直接套到电池“O2”侧上方气嘴里。

2、用注射器抽取3ml蒸馏水，将注射器嘴连接到电池“O2”侧的硅胶管上，注入蒸馏水，直到水开始从电池下方气嘴中流出，然后拨去注射器，用一个红色塑料塞压入，并让电池静止3分钟。

3、将二个水杯卡入塑料底座的圆型卡槽内，然后向水杯内加水到“0”刻度线。

4、将储气罐气嘴向上插入水杯底部塑料轮圈上，为确保杯内水位还在“0”位，可用注射器抽去部分水。剪2根长约20厘米硅胶管，分别连接到储气罐顶部的气嘴，并确保储气罐内没有空气。

5、将H2储气罐的胶管另一端套入再生式燃料电池黑的“H2”侧下端气嘴。另一根连接“O2”储气罐的胶管套入再生式燃料电池红的“O2”侧下端气罐。

6、用红、黑插头线分别对应连接干电池盒（3V）和再生式燃料电池的红、黑插座。