氫氧燃料電池實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

所屬分類：建筑論文閱讀次時(shí)間：2019-05-10 09:48

本文摘要：摘要：在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)氫氧燃料電池電極和電路進(jìn)行了改進(jìn)，PAN基碳纖維氈電極易加工制作，對(duì)氣體吸附性能良好。線路板用泡沫板做基體制作而成，電路清晰明了，并在過程中加裝升壓模塊，對(duì)二極管延時(shí)發(fā)光效果明顯。改進(jìn)后，電池在硫酸鈉溶液中，分別負(fù)

　　摘要：在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)氫氧燃料電池電極和電路進(jìn)行了改進(jìn)，PAN基碳纖維氈電極易加工制作，對(duì)氣體吸附性能良好。線路板用泡沫板做基體制作而成，電路清晰明了，并在過程中加裝升壓模塊，對(duì)二極管延時(shí)發(fā)光效果明顯。改進(jìn)后，電池在硫酸鈉溶液中，分別負(fù)載風(fēng)扇、喇叭、發(fā)光二極管、液晶顯示器工作，都取得了非常好的效果，為中學(xué)開展這類實(shí)驗(yàn)提供了方向。

　　關(guān)鍵詞：氫氧燃料電池;PAN基碳纖維氈;升壓模塊;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

燃料化工論文

　　一、問題提出

　　作為高中化學(xué)教學(xué)中一項(xiàng)重要內(nèi)容，氫氧燃料電池是電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化的重要實(shí)驗(yàn)之一。蘇教版化學(xué)(必修2)教科書中設(shè)計(jì)了簡易氫氧燃料電池裝置(圖1)，使學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)其構(gòu)造，揭示其反應(yīng)原理。其多孔碳棒電極是將普通的石墨碳棒放在高溫火焰上灼燒至紅熱，迅速浸入冷水中，多次重復(fù)使之表面粗糙多孔。但電極制作時(shí)間長，與普通碳棒對(duì)比氣體吸附效果不明顯。該氫氧燃料電池電壓低并且電壓下降快，一般達(dá)不到二極管發(fā)光電壓，即使能達(dá)到，發(fā)光二極管也是一亮即滅。

　　二、現(xiàn)狀分析

　　現(xiàn)在已經(jīng)有很多研究者對(duì)課本中的氫氧燃料電池進(jìn)行改進(jìn)，筆者搜索淘寶商城氫氧燃料電池成套設(shè)備從幾十元到幾百元不等，試用幾款設(shè)備后感受是質(zhì)量參差不齊，價(jià)格低的產(chǎn)品使用不便，價(jià)格高的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于學(xué)生對(duì)于燃料電池原理的理解。一些教師也對(duì)氫氧燃料電池進(jìn)行了改進(jìn)，裝置簡單、實(shí)用，但對(duì)電極處理較復(fù)雜，再現(xiàn)效果不穩(wěn)定。

　　三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

　　如何找到一種物美價(jià)廉的電極材料，筆者進(jìn)行了一系列嘗試。在研究中發(fā)現(xiàn)，利用PAN基碳纖維氈(圖2)作為電極材料進(jìn)行水的電解所需時(shí)間短，對(duì)生成氣體吸附能力強(qiáng)，后續(xù)做氫氧燃料電池時(shí)電壓高，放電持久，效果明顯。PAN基碳纖維氈是采用聚丙烯腈基平板原氈，經(jīng)過預(yù)氧化和碳化處理后而制的毯狀碳?xì)帧＞哂匈|(zhì)地柔軟、重量輕、表面積大、易于裁剪、操作方便的特點(diǎn)，在航空、電池電極、污水處理等行業(yè)應(yīng)用廣泛。

　　對(duì)于氫氧燃料電池電壓較低、二極管不發(fā)光或者一閃即滅現(xiàn)象，筆者嘗試在電路中加入升壓模塊(圖3)，改進(jìn)后發(fā)光二極管工作時(shí)間比原來有明顯增加。

　　實(shí)驗(yàn)用品：9V電池，電池盒，2B鉛筆芯，PAN基碳纖維氈，電解槽，飽和硫酸鈉溶液，導(dǎo)線，鱷魚夾，導(dǎo)電膠帶，升壓模塊(升壓芯片，電感，接線端子)，液晶顯示器(兒童電子表)，喇叭(音樂賀卡機(jī)芯)，微動(dòng)開關(guān)，發(fā)光二極管，風(fēng)扇(716空心杯)，熱熔膠槍，熱熔膠，手工泡沫板。

　　四、實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

　　1.制作氫氧燃料電池線路演示板，將風(fēng)扇、發(fā)光二極管、喇叭、液晶顯示器按線路圖并聯(lián)安裝在泡沫板上(圖4)。

　　2.剪取3X4cm的PAN基碳纖維氈于電解槽中，向其中各插入一根2B鉛筆芯，向電解池中加注飽和硫酸鈉溶液。9v電池電源線分別連接兩根2B鉛筆芯，進(jìn)行水的電解(圖5)。由于PAN基碳纖維氈表面積大，對(duì)氣體吸附能力強(qiáng)，需一段時(shí)間后才能看到PAN基碳纖維氈表面有氣泡生成。

　　3.斷開2B鉛筆芯與9V電池導(dǎo)線的連接，將2B鉛筆芯連接自制氫氧燃料電池演示板導(dǎo)線(過程中注意正負(fù)極連接方向)，閉合開關(guān)1，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng);閉合開關(guān)2，二極管發(fā)光;閉合開關(guān)3，喇叭播放音樂;閉合開關(guān)4，液晶顯示屏出現(xiàn)示數(shù)(圖6)。

　　五、改進(jìn)意義

　　自制氫氧燃料電池線路演示板集成了電扇、發(fā)光二極管、喇叭、液晶顯示器等多個(gè)電子元件，使用過程中學(xué)生能夠直觀感受電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，電能與聲、光、動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。演示板一次制作，長期使用。改進(jìn)后的電極表面積大，吸附能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定;升壓模塊加入電路后，二極管亮度高，發(fā)光持久。

　　推薦閱讀：《燃料與化工》(曾用刊名：煉焦化學(xué))，1970年創(chuàng)刊，是科學(xué)技術(shù)刊物。報(bào)道方針是：“認(rèn)真貫徹科學(xué)技術(shù)工作要面向經(jīng)濟(jì)建，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的方針，報(bào)道以煤為原料的煤炭高溫干餾及煤炭氣化的煤化工技術(shù)發(fā)展成果，以實(shí)用技術(shù)為主，輔以必要的理論性文章”。