甲烷燃料电池电极反应式
碱性介质下的甲烷燃料电池:
负极:CH4+10OH- - 8e-===CO32- +7H2O
正极:2O2+8e-+4H2O===8OH-
总反应方程式为:CH4+2O2+2OH-===CO32-+3H2O
酸性介质下的甲烷燃料电池:
负极:CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+
正极:2O2+8e-+8H+===4H2O
总反应方程式为:2O2+CH4===2H2O+CO2
反应情况:
1.随着电池不断放电,电解质溶液的酸性减小;
2.通常情况下,甲烷燃料电池的能量率大于甲烷燃烧的能量利用率。
甲烷燃料电池化学方程式:
CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H20
①就是CH4在O2中燃烧,生成的CO2和OH-反应生成CO32-
正极在碱性条件下的反应一定是:O2+4e-+2H2O==4OH-
②将总反应式减去正极反应式得到负极反应式,并将O2消去
将总反应式减去正极反应式得到CH4-8e--4H2O+2OH-==CO32-+3H2O-8OH-
移项得到负极反应式:CH4+10OH--8e-==CO32-+7H20
甲烷燃料电池优缺点
优点:
1.低污染:使用氢气与氧气作为燃料,生成物只有水和热,若使用烃类生成水,二氧化碳和热,没有污染物。
2.高效率:直接将燃料中的化学能转换成电能,故不受卡諾循环的限制。
3.无噪音:电池本体在发电时,无需其他机件的配合,因此没有噪音问题。
4.用途广泛:提供的电力范围相当广泛,小至计算器大至发电厂。
5.无需充电:电池本体中不包含燃料,只需不断地供给燃料便可不停地发电。
缺点:
1.燃料来源不普及:氢气的储存可说是困难又危险,而甲醇、乙醇、或天然气缺乏供应系统,无法方便的供应给使用者。
2.无标准化的燃料:现今市面上有以天然气、甲烷、甲醇与氢气等作为燃料的电池,虽然提供消费者很多种选择,但因为没有单一化及标准化的燃料,要能够营利是困难的,而且燃料种类的更换有可能使现有的供应系统进行改装,产生额外的费用。
3.体积太大:目前的燃料电池体积都还过大携带不方便。
4.成本过高:目前燃料电池使用可以提高发电的效率的材料,但成本也就相对的高,不过经由制造技术的改进及量产,成本已下降许多。
甲烷燃料电池发展前景
燃料电池是一个电池本体与燃料箱组合而成的动力机制。燃料的选择性非常高,包括纯氢气(H2)、甲醇(CH3OH)、乙醇(CH3CH2OH)、天然气,甚至于现在运用最广泛的汽油,都可以作为燃料电池的燃料。这是目前其他所有动力来源无法做到的。而以燃料电池做为汽车的动力,已被公认是廿一世纪必然的趋势。
燃料电池则是以具有可燃性的燃料与氧反应产生电力;通常可燃性燃料如瓦斯、汽油、甲烷(CH4)、乙醇(酒精)、氢等这些可燃性物质都要经过燃烧加热水使水沸腾,而使水蒸气推动涡轮发电,以这种转换方式大部分的能量通常都转为无用的热能。
转换效率通常只有约30%相当的低,而燃料电池是以特殊催化剂使燃料与氧发生反应产生二氧化碳(CO2)和水(H2O),因不需推动涡轮等发电器具,也不需将水加热至水蒸气再经散热变回水,所以能量转换效率高达70%左右,足足比一般发电方法高出了约40%;优点还不只如此,二氧化碳排放量比一般方法低许多,水又是无害的产生物,是一种低污染性的能源。