新型绿色化学电池

1新型绿色化学电池山东省利津县第一中学257400王风利一、磷酸亚铁锂电池和高铁电池磷酸亚铁锂电池为绿色环保电池。若采用磷酸亚铁锂电池，电动自行车充一次电可跑100多公里，同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3重量是铅酸电池的1/3。大大降低了电动车的重量。而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到７－８年可以说是终身制。高铁电池高能高容量。放电电流是普通电池的3－10倍。特别适合需要大功率、大电流的场合。高铁电池性价比高。是能量密度大、体积小、重量轻、寿命长、无污染的新型化学电池。例1、2009年12月7日长安汽车宣布，首款纯电动汽车试生产正式下线，预计明年下半年上市。电动汽车电池有磷酸亚铁锂电池和高铁电池，已知磷酸亚铁锂电池反应为：FePO4+LiLiFePO4，电池的正极材料是LiFePO4，负极材料是石墨，含U导电固体为电解质。高铁酸钾—锌电池反应：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH，负极反应为：Zn+2OH—→ZnO+H2O+2e—，下列有关电动汽车电池说法正确的是A.高铁电池放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化B.高铁电池放电时电池内部FeO42-向正极移动.C.LiFePO4电池充电过程中，电池正极材料的质量减少D.LiFePO4电池放电时电池正极反应为：FePO4+Li++e-→LiFePO4解析：高铁电池放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被还原；高铁电池放电时电池内部FeO42-向负极移动；LiFePO4电池放电时，负极：Li-e—→Li+，正极：FePO4+Li++e—→LiFePO4；LiFePO4电池充电时，阳极：LiFePO4-e—→FePO4+Li+阴极：Li++e—→Li，所以易知C.D正确。答案：CD二、酸、碱性燃料电池1、金属空气燃料电池金属空气燃料电池(MFC)的基本原理是以某种金属（已知又锂、镍、铁、锌、铝等）或金属合金为电池负极（阳极），以特定的空气电极为电池正极（阴极），以某种酸碱溶液或其它特定化学溶液为点解液组成电化学电池。具有成本低、无毒、无污染、比功率高、比能量高等优点。例2、锌空气燃料电池具有安全、零污染、高能量、大功率、低成本及材料可再生等优点，因而被专家们认为是装备电动汽车等的理想动力电源。锌空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，锌为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是A．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－→ZnO2－+2H2OC．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋4e－→2O2－D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极解析：电池在工作过程中,负极区生成的氢氧化锌有两性，溶于NaOH溶液，因而pH减小，A错；正极反应应为：O2＋4e－+2H2O→4OH－，C错；电池工作时，电子通过外电路从负极2流向正极，D错。答案：B。2、气体燃料电池气体燃料电池是一种新型绿色电池，把H2CO和CH4、甲醇、乙醇等燃料和空气不断输入直接氧化使化学能转变为电能，实用的燃料电池常用做新型无污染、无噪音、高效率的汽车动力和发电设备，被称为二十一世纪的“绿色电源”。例3、燃料电池用的燃料主要有4种:氢气、烃、甲醇、乙醇，若电解质溶液都为KOH溶液，下列说法不正确的是A．负极反应均为：O2+4e—+2H2O=4OH—B．乙醇燃料电池工作时乙醇在负极被氧化C．甲烷燃料电池负极反应式为：CH4+10OH-+8e-=CO32-+7H2OD．氢氧燃料电池负极反应：2H2+-4e-+4OH—=4H2O解析：燃料电池正极都是O2得电子，反应O2+4e—+2H2O=4OH—；乙醇燃料电池工作时乙醇在负极失电子被氧化；甲烷燃料电池负极反应式为：CH4+10OH-+8e-=CO32-+7H2O，氢氧燃料电池负极反应：2H2+-4e-+4OH—=4H2O。选A。例4、下图是某笔记本电脑用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为：2CH3OH＋3O2＝2CO2＋4H2O。则c电极是（填“正极”或“负极”），c电极上发生的电极反应是。解答：负极；CH3OH－6e－＋H2O＝CO2＋6H＋2、熔融盐类或固体电解质燃料电池例5、设计出燃料电池使汽油氧化直接产生电流是本世纪最富有挑战性的课题之一。最近有人制造了一种燃料电池，一个极通入空气，另一个极通入汽油蒸气，电池的电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2晶体，它在高温下能传导O2-，装置图如下。以丁烷为汽油代表，判断下列说法错误的是：3A.电池放电时发生的化学反应的方程式是：2C4H10+13O2=8CO2+10H2OB.电池负极发生的反应是:C4H10+13O2—-26e-=4CO2+5H2OC.固体电解质里O2-的移动方向是向正极极移动D.人们追求燃料电池氧化汽油而不在内燃机里燃烧汽油产生动力的主要原因是燃料电池具有较高的能量利用率解析：电池放电时发生的化学反应的方程式是：2C4H10+13O2=8CO2+10H2O，负极反应是:C4H10+13O2—-26e-=4CO2+5H2O，正极反应是：)O2+4e-=2O2-，O2-的移向负极，选C。四、微生物燃料电池例6、微生物燃料电池(MFC)是一种以微生物为阳极催化剂,将化学能直接转化成电能的装置。MFC电池可以直接将葡萄糖（或有机质）中的氢全部消耗并转化成Ｈ2Ｏ,生物质转化成能源的效率较高。给用食物直接喂养机器人带来可能性。MFC微生物燃料电池在:①替代能源;②传感器;③污水处理新工艺等方面具有应用开发前景。(1)2006年，科学家们发明了一种能够给电子设备提供动力的生物燃料电池。该电池包括两个涂覆着酶的电极，它们处于充满空气和少量氢气的玻璃槽中。由于气体可以混合从而省去了昂贵的燃料隔离膜，其工作原理如图所示。下列说法正确的是A．左边为该电池的负极B．该电池可在高温环境下使用C．该电池负极反应为：H2—2e－＝2H+D．该电池正极反应为O2＋4e－＝2O2－(2)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。（1）电池的负极反应为：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿（2）在电池反应中，每消耗1mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体＿＿＿L。4解析：（1）左边地电子为为该电池的正极，因是微生物燃料电池，不能在在高温环境下使用，负极：2H2－4e－→4H+，该电池正极反应为O2＋4e－+4H+＝2H2O，选C。（2）电池放电过程中，4H++O2+4e－→2H2O，所以负极反应:C6H12O6＋6H2O－24e－→6CO2＋24H＋,计算出：转移4mole－则生成1molCO2，即22.4L。答案：（1）C（2）C6H12O6＋6H2O－24e－→6CO2＋24H＋22.4L。