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甲烷燃料电池反应原理优缺点

甲烷燃料电池虽然作为新能源电池的燃料电池之一,但是严格来说并非电池,算是发生电化学反应的媒介,一种发电装置。从甲烷燃料电池反应原理和优缺点来深入了解甲烷燃料电池好不好?

甲烷燃料电池(电解质溶液为KH溶液),甲烷燃料电池的电解质溶液为KOH,生成的CO2还要与KOH反应生成KaCO3,所以总反应为:CH4+2KOH+202=K2CO3+3H30;

负极反应有:CH4 – 8e + 8OH = CO2 + 6H2O;

CO2 + 2OH = CO32- + H2O

负极反应式为:CH4 + 100H + 8e = CO3 2-+7H20

正极反应式:02 + 2H20 + 4e = 40H

甲烷燃料电池反应原理图:

甲烷燃料电池反应原理

甲烷燃料电池的优点与缺点

一、甲烷燃料电池优点:

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。

二、甲烷燃料电池缺点:

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。

注意:甲烷是无色、无味的气体是最简单的有机物,别名:天然气,沼气。也是含碳量最小(含氢量最大)的烃,是沼气,天然气,瓦斯,坑道气和油田气的主要成分,对空气的重量比是0.54,比空气轻约一半。甲烷溶解度很小,燃烧时产生明亮的深蓝色火焰。有轻微的毒性。

实验室中可用醋酸钠与氢氧化钠混合加热生成碳酸钠与甲烷的方法来制备少量甲烷。大量制备甲烷,可将有机质放入沼气池中,控制好温度和湿度,经过甲烷菌快速繁殖,将有机质分解成甲烷、二氧化碳、氢、硫化氢、一氧化碳等,其中甲烷占60%-70%。

经过低温液化,将甲烷提出,可制得廉价的甲烷。甲烷燃料电池是化学电池中的氧化还原电池,就是用沼气(主要成分为CH4)作为燃料的电池,与氧化剂02反应生成CO2和H20。反应中得失电子就可产生电流从而发电。美国科学家设计出以甲烷等碳氢化合物为燃料的新型电池,其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池。燃料电池使用气体燃料和氧气直接反应产生电能,其效率高、污染低,是一种很有前途的能源利用方式。但传统燃料电池使用氢为燃料,而氢既不易制取又难以储存,导致燃料电池成本居高不下。科研人员曾尝试用便宜的碳氢化合物为燃料,但化学反应产生的残渣很容易积聚在镍制的电池正极上,导致断路。美国科学家使用铜和陶瓷的混合物制造电池正极,解决了残渣积聚问题。这种新电池能使用甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等5种物质作为燃料。

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