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1、水氧动力机的构想水氧动力机的构想作者 张永生看了诸家有关燃料电池燃料电池的论文后，产生了一些想法，现就我的一些想法叙述如下：望各位浪费些时间看看，毕竞我不是从事该专业的，免不了产生一些笑话，还望各位斧正，如果您能从中得到一点启发将是我莫大的荣幸。手机 13994952879科学在发展，社会在进步，低碳、节能减排引起社会的广泛关注。寻找新能源是势在必行。燃料电池燃料电池技术在近几十年间得以迅猛发展。氢氧燃料电池技术成熟，但苦于氢气不易储存，产品不能市场化。在此基础上人们开始寻找便于储存的乙醇、甲酸等为能源的新型燃料电池，但催化剂找不到最佳的配位体，也不能市场化。在此理论基础上我们为什么不寻找无能
2、源消耗的水呢？水不能作燃料吗?实际上水是能源之源。不然为什么人们在阳光里寻找某种光来光解水制得氢氧作能源呢？水氧动力机的构想就是在此基础上形成的，其工作原理跟氢氧燃料电池类同，属于低温燃料电池。水氧动力机是水经催催化剂化剂 a 解离成氢、氧质子和氢、氧质子再经催化剂催化剂 b 结合生成水的特殊装置，目的是水通过催化剂的作用出现内部质子流而获得外部电子流的。水氧动力机可以不受形态的制约，零排放，无污染，无振动，无燥音，将成为安全、环保、灵活移动的新能源，在有保护措施的情况下将适合于各个领域。水氧发动工作原理水氧动力机的关键技术是催化剂催化剂，核心部件是质子交换膜质子交换膜，反应场所是三相面三相面
3、（阳极催化剂、阴极催化剂和质子交换膜相面） 。水氧动力机的燃料是水，我们不妨再从新认识一下水的物质组成和化学特性。氢、氧和水的分子构成氢、氧和水的分子构成自然界为什么不存在氢、氧质子，而是以分子的形式存在于呢？这是因为氢、氧质子的本性（原子有都达到稳定结构的（原子有都达到稳定结构的趋势）趋势）和外部环境所决定的。如果外部环境合适氢氧就以质子的形式存在。1） 、氢分子氢分子由两个氢原子构成。氢原子外围有一个电子，其电子层结构是：1s1。两个氢原子各自拿出自己的一个电子，形成了一对共用电子对，这一对共用电子对被两个氢原子共用，使各自都达到 2 电子的稳定结构，所以氢分子不以一个原子的形式存在，而是
4、形成稳定结构。H-H 键长 75*10-13m，键能436KJ/mol。2） 、氧分子、氧分子由两个氧原子构成。氧原子的最外层有 6 个电子，其中有 4 个成对的电子和 2 个末成对的电子，末成对的电子不稳定，及易以共价电子键稳定结构的形式存在。氧原子的电子层结构是：1s2 2s2 2p4。 氧分子是由 2 个氧原子在 L 层 p亚层 XY 轨道末成对的电子以共价电子键的形式形成的。氧分子中，两个氧原子之间存在非极性共价键。但氧气分子间仅存在范德华力。O=O 键长 120*10-13m，键能 498KJ/mol。3） 、水分子水分子是由一个氧原子和二个氢原子组成的。氢原子最外层有一个电子，而氧
5、原子最外层有二个末成对的电子，与氧结合时氢原子最外层的一个电子与氧原子 L 层 p 亚层的一个末成对的电子结合形成稳定的共价电子键。水分子内部是靠 O-H 共价键结合起来的，破坏它需要较高的能量。水分子之间是靠分子间氢键 O.H 结合起来的，破坏氢键需要的能量较小。O-H 键长 98*10-13m，键能 464KJ/mol。催化剂催化剂对水的催化作用，在介绍催化剂之前我们来想象下水分子的球体模形，如图：若要移开水分子中的相互吸附的氢氧二个球时有两种途径：一是给足够外力，二是改变水分子的周围环境。当改变水分子的外部压力为氧原子球内压力时，氢、氧原子不在以固有模式结合，氢、氧原子球体在外部压力为球
6、内压力的空间范围内任意移动。如果此时用特殊装置是可以移动氢、氧原子球的。对于催化剂 a 核外电子云的能量物质等同于水分子的氢氧键能时，水分子附着于催化剂核外电子云层时氢氧质子存在的结构模形理想如下：因此，催化剂催化剂 a 应该是能最大限度的为水提供有效的水分子间的断裂能和水分子内氢氧键断裂能的大分子量的催化剂。我们知道催化剂是由物质组成的，而组成物质的基本单位是原子。原子又是由质子和绕其质子运动的电子组成，有电子的绕核运动就有（能量）物质出现，但往往不被发现，而这种（能量）物质大小与表现形式完全取决于组成该物质的原子核。当核外电子云（能量）物质等同于水分子氢氧键能时，附着于催化剂表面的水分子则
7、以完全自由质子的形式存在于催化剂表层。已知 O-H 键能 464KJ/mol，则催化剂核外电子云的有效（能量）物质应略大于 464KJ/mol，而此能量已大于氢分子断裂键能（436KJ/mol） ，并能激发氢质子产生电子。但小于氧分子断裂键能（498KJ/mol） ，如果此时将质子氧移出催化剂核外电子云则不能结合成氧分子。单质的铂对氢、氧分子有很好的催化性，说明铂的核外电子云层存在能使氢分子键断裂能（436KJ/mol） ，和氧分子键断裂能（498KJ/mol） 。但不存在能使氢氧键断裂的能量（464KJ/mol） ，这是因为在催化剂的核外电子云层出现了能量带沟的原因。如果在单质铂中增加某种物
8、质形成合金，合金的核外电子云的能量物质有可能等同于水分子的氢氧结合能，使水分子中的氢氧原子在其核外电子云能自由移动，使反应朝着预期的目的进行。对水来说合金催化剂有可能比单质催化剂有更好的催化效果，下列的例子中我们有可能得到一些启示：纯铁具有良好的延展性。当给铁中掺杂磷、硫等时会变硬变脆，继续掺杂锰时会使强度和刚度都增强。纯铁不具有磁性和易氧化的特性，当给纯铁中掺杂适当的镍、锰、硅、钼、铜时，铁镍合金表现出很高的磁性或不易氧化性，当改变掺杂量时，铁镍合金又会表现出不同的磁性。合金表现出的磁性其实是内部物质能量的外部表现，当磁性合金形成时，其外表的磁量相对该合金来说就是一个衡量，有谁会不通过改变合
9、金的内部构造而能改变其外部的磁量大小？只要该合金存在其磁场就存在，不因进入该磁场的铁的多少而改变内部总磁量。水氧动力机的膜电极水氧动力机的膜电极和氢氧燃料电池一样，水氧动力机的也存在膜电极，但不同于氢氧燃料电池的膜电极,水氧动力机的膜电极是由氢质子交换基团、氧质子交换基团的混溶膜和其两侧各一片多孔扩散电极组成的阳、阴极和电解质的复合体，其结构示意如图所示。膜电极主要由五部分组成，即阳极扩散层、阳极催化剂层、氢氧质子交换基团混溶膜、阴极催化剂层和阴极扩散层组成。另外在膜电极的两边分别对应有阳极集流板和阴极集流板。膜电极的工作主要包括以下几步：首先，在阳极室,水通过双极板上的导流槽渗透扩散层，到达
10、阳极催化剂层，并吸附于电催化剂层中，水（H2On）通过催化剂催化剂a 的作用断裂成分子的水（H2O） ，分子水（H2O）在其核外电子云层里解离成氢 H+和氧 O- -离子（质子）, H2O 催化剂 2H+O- - +2e- 随后，解离的 H+被半包裹在催化剂上的混溶膜中氢离子交换基混溶膜中氢离子交换基团团中的磺酸根 SO3H+转载，使氢离子到达阴极。与此同时，解离的氧离子通过混溶膜中氧离子交换基团混溶膜中氧离子交换基团中的交换基团也到达阴极，同时吸附于阴极电催化剂层中，在催化剂b 的作用下发生反应。即：2H+O- - +2e- 催化剂 H2O 阳极室水解离后的氢氧离子被离子交换基团转载，使阳极
11、室富集电子形成电池的负极，而阴极室由于存在氢氧离子使阴极室变成欠电子终端形成电池的正极。如果连通外电路则电子由阳极流向阴极。整个反应如下图所示：上述过程是理想的工作过程，实际上，要使反应预期进行，必须做好阳极、阴极催化剂的研究。阴极催化剂阴极催化剂 b 等同于阳极催化剂阳极催化剂 a，作用原理相同进行方向相反，阴极催化剂主要目的是朝着有利于生成水的方向发展。在阳极水是高浓度（压力）的，由于催化剂的作用和氢氧离子不断被载体转移，在催化剂核外电子云层内形成氢氧离子浓度差，而不断的消耗水。在阴极室的阴极催化剂表层，由于载体不断的转送氢氧离子使其浓度增加，而高浓度的氢氧离子在外电路传输来电子的共同作用
12、下，不断的生成水溢出催化剂的核外电子云，为阻止可逆反应的发生，溢出的水应尽快脱离催化剂表层，使反应朝着预期的方向发展。质子交换膜质子交换膜质子交换膜是氢离子交换基团氢离子交换基团和氧离子交换基团氧离子交换基团混溶物的复合体，是水氧发动机的核心组成，它不同于一般化学电源中使用的隔膜，也不完全等同于氢、氧燃料电池上的质子交换膜，首先，它不只是一种隔膜材料，它是电解质和电极活性物质（电催化剂）的底基，另外，质子交换膜还是一种具有分别选择氢、氧离子透过性的膜，氢、氧离子交换基团相连但以不相通，离子转移各行其道。通常的隔膜材料则属于多孔薄膜，用作水氧动力机的质子交换膜必须符合以下要求，其结构模型如图：1
13、、离子交换基团链应垂直于离子膜，各基团间相互弧立，以形成最近的离子通道，具有良好的导电性，可以降低电池内阻并提高电流密度。2、材料的分子量充分大，即材料的互聚和交联程度高，以减弱高聚物的水解作用。3、水分子在膜中的电渗作用小，H+ 、O- -在混溶膜上的各自的交换基团上迁移速度快，防止膜中的浓度梯度过大。4、阴极室催化剂表面应有憎水性，水分子在平行离子交换膜表面的方向上有足够大的扩散速度。5、膜的水合/脱水可逆性好，不易膨胀，否则电极的变形将引起质子交换膜局部应力增大和变形。6、足够高的机械强度和结构强度，可以将质子交换膜在张力下的变形减至最小。7、膜的表面性质适合于与催化剂结合，并不被催化剂的表面活性物质所活化，对催化剂有很高的稳定性。
