甲烷燃料电池

甲烷燃料电池1是化学电池中的氧化还原电池。燃料电池是燃料和氧化剂（一般是氧气）在电极附近参与原电池反应的化学电源。

简介甲烷（CH4）燃料电池就是用沼气（主要成分为CH4）作为燃料的电池，与氧化剂O2反应生成CO2和H2O.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。

反应方程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

应用历史燃料电池（Fuel cell），是一种使用燃料进行化学反应产生电力的装置，最早于1839年由英国的Grove所发明。最常见是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池，由于燃料价格便宜，加上对人体无化学危险、对环境无害，发电后产生纯水和热，1960年代应用在美国军方，后于1965年应用于美国双子星座计划双子星座5号飞船。现在也有一些笔记型电脑开始研究使用燃料电池。但由于产生的电量太小，且无法瞬间提供大量电能，只能用于平稳供电上。

燃料电池是一个电池本体与燃料箱组合而成的动力机制。燃料的选择性非常多，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，已被公认是二十一世纪必然的趋势。

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。

甲烷做燃料电池电极方程式溶液

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K2CO3，所以总反应为：

CH4 + 2KOH+ 2O2 = K2CO3 + 3H2O。

负极：CH4 – 8e- + 10OH- == CO32- +7H2O，

正极：2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH-

燃料电池的优点与缺点优点：

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。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学