可逆电池的电动势及其应用

资源描述

《可逆电池的电动势及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可逆电池的电动势及其应用（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、(1)(1)若若若若=0=0=0=0，即电动势不随温度而变，则，即电动势不随温度而变，则，即电动势不随温度而变，则，即电动势不随温度而变，则Q Q Q Q可逆可逆可逆可逆=0=0=0=0，这就表明，电池，这就表明，电池，这就表明，电池，这就表明，电池可逆工作时与环境没有热量交换，因此，可逆工作时与环境没有热量交换，因此，可逆工作时与环境没有热量交换，因此，可逆工作时与环境没有热量交换，因此，H H H H= = = =zFEzFEzFEzFE，即，即，即，即反应热全部转变为电能。反应热全部转变为电能。反应热全部转变为电能。反应热全部转变为电能。0 0 0 0，即，即，即，即电动势随温度升高而增

2、大电动势随温度升高而增大电动势随温度升高而增大电动势随温度升高而增大，Q Q Q Q可逆可逆可逆可逆0 0 0 0，电池恒温可，电池恒温可，电池恒温可，电池恒温可逆工作时，从环境吸热，因此逆工作时，从环境吸热，因此逆工作时，从环境吸热，因此逆工作时，从环境吸热，因此HHHHzFEzFEzFEzFE，即反应热比，即反应热比，即反应热比，即反应热比电能小。这表明，除反应热全部转变为电能外，电池在恒电能小。这表明，除反应热全部转变为电能外，电池在恒电能小。这表明，除反应热全部转变为电能外，电池在恒电能小。这表明，除反应热全部转变为电能外，电池在恒温可逆工作时，从环境吸收的可逆热也变为电能。温可逆工作

3、时，从环境吸收的可逆热也变为电能。温可逆工作时，从环境吸收的可逆热也变为电能。温可逆工作时，从环境吸收的可逆热也变为电能。0 0 0 0，即，即，即，即电动势升高而减小电动势升高而减小电动势升高而减小电动势升高而减小，Q Q Q Q可逆可逆可逆可逆0 0 0 0，电池恒温可逆工，电池恒温可逆工，电池恒温可逆工，电池恒温可逆工作时要向环境放热，因此作时要向环境放热，因此作时要向环境放热，因此作时要向环境放热，因此HHHHzFEzFEzFEzFE。这表明，反应热。这表明，反应热。这表明，反应热。这表明，反应热除一部分转化为电能外，另一部分传给了环境。除一部分转化为电能外，另一部分传给了环境。除一部

4、分转化为电能外，另一部分传给了环境。除一部分转化为电能外，另一部分传给了环境。(2) (2) (2) (2) 若若若若(3) (3) (3) (3) 若若若若1电动势的定义电动势的定义通过电池的电流趋于零的情况下（开路），两电极间的电通过电池的电流趋于零的情况下（开路），两电极间的电势差，等于构成电池的各相界面上所产生的电势差的代数势差，等于构成电池的各相界面上所产生的电势差的代数和。和。电极电势电极电势接触电势接触电势液体接界电势液体接界电势绝对电势绝对电势2.1.72.1.72.1.72.1.7电动势产生的机理电动势产生的机理电动势产生的机理电动势产生的机理2金属浸在含有该金属的盐溶液中也

5、会产生电位差。金属浸在含有该金属的盐溶液中也会产生电位差。金属浸在含有该金属的盐溶液中也会产生电位差。金属浸在含有该金属的盐溶液中也会产生电位差。 Ag Ag Ag Ag AgAgAgAg+ + + + + e + e + e + e( ( ( (金属金属金属金属) () () () (在溶液中在溶液中在溶液中在溶液中) ) ) ) 达到平衡达到平衡达到平衡达到平衡时时的的的的电电位差，即位差，即位差，即位差，即为该为该金属的金属的金属的金属的电电极极极极电电位位位位 32 2、接触电势、接触电势、接触电势、接触电势两种金属接触时，由于不同材料的电子逸出功不同，电两种金属接触时，由于不同材料的

6、电子逸出功不同，电两种金属接触时，由于不同材料的电子逸出功不同，电两种金属接触时，由于不同材料的电子逸出功不同，电子会从逸出功小的固体转移到逸出功较大的固体上去，子会从逸出功小的固体转移到逸出功较大的固体上去，子会从逸出功小的固体转移到逸出功较大的固体上去，子会从逸出功小的固体转移到逸出功较大的固体上去，造成电子分布不均匀而产生的电势。造成电子分布不均匀而产生的电势。造成电子分布不均匀而产生的电势。造成电子分布不均匀而产生的电势。3 3、液体接界电势、盐桥的作用、液体接界电势、盐桥的作用、液体接界电势、盐桥的作用、液体接界电势、盐桥的作用两种不同的电解质溶液或是电解质相同但浓度不同的界面两种不

7、同的电解质溶液或是电解质相同但浓度不同的界面两种不同的电解质溶液或是电解质相同但浓度不同的界面两种不同的电解质溶液或是电解质相同但浓度不同的界面上也会形成双电层，产生微小的电势差，称为液体接界电上也会形成双电层，产生微小的电势差，称为液体接界电上也会形成双电层，产生微小的电势差，称为液体接界电上也会形成双电层，产生微小的电势差，称为液体接界电势这种电势难以计算和测量，因此需要用盐桥来消除。势这种电势难以计算和测量，因此需要用盐桥来消除。势这种电势难以计算和测量，因此需要用盐桥来消除。势这种电势难以计算和测量，因此需要用盐桥来消除。42.2.3 2.2.3 可逆电极的种类可逆电极的种类够成可逆电

8、池的电极既为可逆电极，分为三类：够成可逆电池的电极既为可逆电极，分为三类：够成可逆电池的电极既为可逆电极，分为三类：够成可逆电池的电极既为可逆电极，分为三类：第一类电极：第一类电极：第一类电极：第一类电极：由某种金属插入到含有该种金属盐的溶液中金属本由某种金属插入到含有该种金属盐的溶液中金属本由某种金属插入到含有该种金属盐的溶液中金属本由某种金属插入到含有该种金属盐的溶液中金属本身参与电极反应并与该离子达到平衡，也可以认为只有身参与电极反应并与该离子达到平衡，也可以认为只有身参与电极反应并与该离子达到平衡，也可以认为只有身参与电极反应并与该离子达到平衡，也可以认为只有一个相界面的电极称为第一

9、类电极。分为金属电极、气一个相界面的电极称为第一类电极。分为金属电极、气一个相界面的电极称为第一类电极。分为金属电极、气一个相界面的电极称为第一类电极。分为金属电极、气体电极（氢电极、氧电极、卤素电极）、汞齐电极。体电极（氢电极、氧电极、卤素电极）、汞齐电极。体电极（氢电极、氧电极、卤素电极）、汞齐电极。体电极（氢电极、氧电极、卤素电极）、汞齐电极。第二类电极：第二类电极：第二类电极：第二类电极：存在两个相界面的电极称为第二类电极。主要包括存在两个相界面的电极称为第二类电极。主要包括存在两个相界面的电极称为第二类电极。主要包括存在两个相界面的电极称为第二类电极。主要包括金属金属金属金属- -

10、 - -难溶盐电极（银氯化银、甘汞电极），金属难溶氧难溶盐电极（银氯化银、甘汞电极），金属难溶氧难溶盐电极（银氯化银、甘汞电极），金属难溶氧难溶盐电极（银氯化银、甘汞电极），金属难溶氧化物电极。化物电极。化物电极。化物电极。氧化还原电极：氧化还原电极：氧化还原电极：氧化还原电极：惰性电极在电极反应中只作为导体，参加电极反应的惰性电极在电极反应中只作为导体，参加电极反应的惰性电极在电极反应中只作为导体，参加电极反应的惰性电极在电极反应中只作为导体，参加电极反应的物质都在溶液中。物质都在溶液中。物质都在溶液中。物质都在溶液中。 52.2.4 2.2.4 2.2.4 2.2.4 电极电位和电动势的

11、计算电极电位和电动势的计算电极电位和电动势的计算电极电位和电动势的计算但计算时要注意以下几条规则但计算时要注意以下几条规则但计算时要注意以下几条规则但计算时要注意以下几条规则1.1.1.1.先用符号写出电池的表达式。将电池的负极写在先用符号写出电池的表达式。将电池的负极写在先用符号写出电池的表达式。将电池的负极写在先用符号写出电池的表达式。将电池的负极写在左右。左右。左右。左右。2.2.2.2.正极写在右面。正极写在右面。正极写在右面。正极写在右面。2. 2. 2. 2. 不管正、负电极实际上发生的是氧化反应还不管正、负电极实际上发生的是氧化反应还不管正、负电极实际上发生的是氧化反应还不管正、

12、负电极实际上发生的是氧化反应还是还原反应，是还原反应，是还原反应，是还原反应，在计算时一律采用还原电位，即电极电位的表达在计算时一律采用还原电位，即电极电位的表达在计算时一律采用还原电位，即电极电位的表达在计算时一律采用还原电位，即电极电位的表达式为式为式为式为6能斯特能斯特(Nernst)方程式方程式(电池电动势与活度的关系电池电动势与活度的关系)一、电池电动势与能斯特方程式一、电池电动势与能斯特方程式一、电池电动势与能斯特方程式一、电池电动势与能斯特方程式电池反应为电池反应为电池反应为电池反应为由于代入上式得到由于标准电池电动势7二、电极电势的能斯特方程二、电极电势的能斯特方程二、电极电势

13、的能斯特方程二、电极电势的能斯特方程温度为T，离子活度为1时的标准电极电势还原态氧化态8浓差电池浓差电池以上介绍的电池都是发生化学反应产生电流的电池，以上介绍的电池都是发生化学反应产生电流的电池，以上介绍的电池都是发生化学反应产生电流的电池，以上介绍的电池都是发生化学反应产生电流的电池，统称为化学电池。另一类是浓差电池，其电池反应是物统称为化学电池。另一类是浓差电池，其电池反应是物统称为化学电池。另一类是浓差电池，其电池反应是物统称为化学电池。另一类是浓差电池，其电池反应是物质从一种浓度的溶液（或合金溶体）转移到另一种浓度质从一种浓度的溶液（或合金溶体）转移到另一种浓度质从一种浓度的溶液（或合

14、金溶体）转移到另一种浓度质从一种浓度的溶液（或合金溶体）转移到另一种浓度的溶液（或合金溶体），是一种浓差迁移过程，分为的溶液（或合金溶体），是一种浓差迁移过程，分为的溶液（或合金溶体），是一种浓差迁移过程，分为的溶液（或合金溶体），是一种浓差迁移过程，分为溶溶溶溶液液液液浓差电池、浓差电池、浓差电池、浓差电池、电极电极电极电极浓差电池、浓差电池、浓差电池、浓差电池、固体电解质固体电解质固体电解质固体电解质浓差电池。浓差电池。浓差电池。浓差电池。2.3 2.3 2.3 2.3 浓差电池和液体接界电位浓差电池和液体接界电位浓差电池和液体接界电位浓差电池和液体接界电位9由由由由能斯特公式，两电极的还

15、原电势为：能斯特公式，两电极的还原电势为：能斯特公式，两电极的还原电势为：能斯特公式，两电极的还原电势为：一、溶液或气体压力浓差电池一、溶液或气体压力浓差电池一、溶液或气体压力浓差电池一、溶液或气体压力浓差电池两电极材料相同，分别插入到不同浓度的电解质溶液中，如：两电极材料相同，分别插入到不同浓度的电解质溶液中，如：两电极材料相同，分别插入到不同浓度的电解质溶液中，如：两电极材料相同，分别插入到不同浓度的电解质溶液中，如：负极正极说明说明说明说明AgAg+ +离子必须从高浓度的向低浓度迁移，稀溶液的离子必须从高浓度的向低浓度迁移，稀溶液的离子必须从高浓度的向低浓度迁移，稀溶液的离子必须从高浓度

16、的向低浓度迁移，稀溶液的电极是负极，高浓度的溶液是正极电极是负极，高浓度的溶液是正极电极是负极，高浓度的溶液是正极电极是负极，高浓度的溶液是正极10二、电极浓差电池二、电极浓差电池二、电极浓差电池二、电极浓差电池两两两两电极材料相同，但浓度不同，插入同一溶液中，电极材料相同，但浓度不同，插入同一溶液中，电极材料相同，但浓度不同，插入同一溶液中，电极材料相同，但浓度不同，插入同一溶液中，如汞齐浓差电池。如汞齐浓差电池。如汞齐浓差电池。如汞齐浓差电池。负极正极此此此此电池反应由高浓度向低浓度的汞齐迁移，汞齐中电池反应由高浓度向低浓度的汞齐迁移，汞齐中电池反应由高浓度向低浓度的汞齐迁移，汞齐中电池反

17、应由高浓度向低浓度的汞齐迁移，汞齐中CdCd浓度浓度浓度浓度高的电极为负极，电极电势与插入的溶液浓度无关，只与高的电极为负极，电极电势与插入的溶液浓度无关，只与高的电极为负极，电极电势与插入的溶液浓度无关，只与高的电极为负极，电极电势与插入的溶液浓度无关，只与汞齐的活度有关。汞齐的活度有关。汞齐的活度有关。汞齐的活度有关。11(2) Pt(2) Pt(2) Pt(2) Pt，H H H H2 2 2 2(P(P(P(P1 1 1 1)|HCl()|HCl()|HCl()|HCl(a a a a)|H)|H)|H)|H2 2 2 2(P(P(P(P2 2 2 2) ) ) )PtPtPtPt在这

18、个电池中，电极材料和电解液都相同，但电极上氢的压在这个电池中，电极材料和电解液都相同，但电极上氢的压在这个电池中，电极材料和电解液都相同，但电极上氢的压在这个电池中，电极材料和电解液都相同，但电极上氢的压力不同，电极反应为力不同，电极反应为力不同，电极反应为力不同，电极反应为负极：负极：负极：负极：正极：正极：正极：正极：电池总反应：电池总反应：电池总反应：电池总反应：电极电位分别为：电极电位分别为：电极电位分别为：电极电位分别为：电池电动势在指定温度下仅与两极上氢气的压力有关，而与溶液中氢离电池电动势在指定温度下仅与两极上氢气的压力有关，而与溶液中氢离电池电动势在指定温度下仅与两极上

19、氢气的压力有关，而与溶液中氢离电池电动势在指定温度下仅与两极上氢气的压力有关，而与溶液中氢离子的活度无关。子的活度无关。子的活度无关。子的活度无关。12三、固体电解质浓差电池三、固体电解质浓差电池三、固体电解质浓差电池三、固体电解质浓差电池固体电解质是固态的离子导电介质所组成的电池。固体电解质是固态的离子导电介质所组成的电池。固体电解质是固态的离子导电介质所组成的电池。固体电解质是固态的离子导电介质所组成的电池。ZrOZrO2 2(+CaO)(+CaO)中，中，中，中，ZrOZrO2 2是是是是面心立方晶体，在面心立方晶体，在面心立方晶体，在面心立方晶体，在ZrOZrO2 2中中中中加入加入加

20、入加入CaOCaO后后后后ZrOZrO2 2面心位置上的一个面心位置上的一个面心位置上的一个面心位置上的一个ZrZr4+4+被被被被一个一个一个一个CaCa2+2+取代形成取代形成取代形成取代形成ZrOZrO2 2(CaO)(CaO)，ZrOZrO2 2有有有有两个两个两个两个OO2-2-，而，而，而，而CaOCaO只有一个只有一个只有一个只有一个OO2-2-，故，故，故，故产生出一个产生出一个产生出一个产生出一个OO2-2-离子空位。离子空位。离子空位。离子空位。无无无无空位空位空位空位有有有有空位空位空位空位在在在在ZrOZrO2 2(+CaO)(+CaO)两端的氧的分压不同时，固体电解两

21、端的氧的分压不同时，固体电解两端的氧的分压不同时，固体电解两端的氧的分压不同时，固体电解质就象导线一样把质就象导线一样把质就象导线一样把质就象导线一样把OO2 2- -从高氧气分压传送到低氧从高氧气分压传送到低氧从高氧气分压传送到低氧从高氧气分压传送到低氧分压。分压。分压。分压。132.3.2 2.3.2 2.3.2 2.3.2 液体接界电位液体接界电位液体接界电位液体接界电位当达到稳定状态后，当达到稳定状态后，当达到稳定状态后，当达到稳定状态后，H H H H+ + + +和和和和ClClClCl以相同速度通过界面，与此稳定以相同速度通过界面，与此稳定以相同速度通过界面，与此稳定以相同速度通

22、过界面，与此稳定状态相对应的电位差就是液体接界电位状态相对应的电位差就是液体接界电位状态相对应的电位差就是液体接界电位状态相对应的电位差就是液体接界电位浓度高浓度高浓度低浓度低液体接界电位的存在影响了电池电动势的准确测定。因此，在实际液体接界电位的存在影响了电池电动势的准确测定。因此，在实际液体接界电位的存在影响了电池电动势的准确测定。因此，在实际液体接界电位的存在影响了电池电动势的准确测定。因此，在实际工作中，必须设法将液体接界电位减小到可以忽略的程度。工作中，必须设法将液体接界电位减小到可以忽略的程度。工作中，必须设法将液体接界电位减小到可以忽略的程度。工作中，必须设法将液体接界电位减小

24、NHC1，HgHgHgHg2 2 2 2ClClClCl2 2 2 2( ( ( (固固固固)|Hg)|Hg)|Hg)|Hg液体接界电位液体接界电位如果电池中的电解质能与如果电池中的电解质能与如果电池中的电解质能与如果电池中的电解质能与KClKClKClKCl溶液发生反应，则可改用溶液发生反应，则可改用溶液发生反应，则可改用溶液发生反应，则可改用KNOKNOKNOKNO3 3 3 3或或或或NHNHNHNH4 4 4 4NONONONO3 3 3 3的溶液作盐桥，因为它们的正、负离子的运动速的溶液作盐桥，因为它们的正、负离子的运动速的溶液作盐桥，因为它们的正、负离子的运动速的溶液作盐桥，因

25、为它们的正、负离子的运动速度也相差不多。度也相差不多。度也相差不多。度也相差不多。152.42.4电池电动势测定的应用电池电动势测定的应用一、电动势法测定电池反应的热力学常数一、电动势法测定电池反应的热力学常数一、电动势法测定电池反应的热力学常数一、电动势法测定电池反应的热力学常数已知在已知在已知在已知在2525时下列电池的标准电动势时下列电池的标准电动势时下列电池的标准电动势时下列电池的标准电动势，求反应，求反应，求反应，求反应在在在在2525时的时的时的时的为多少？为多少？为多少？为多少？16电池负极电池负极电池负极电池负极电池正极电池正极电池正极电池正极总总总总反应反应反应反应平衡常数平

26、衡常数平衡常数平衡常数E0 已知可求出K0电池电动势电池电动势电池电动势电池电动势17二、测定电解质溶液离子的平均活度因子二、测定电解质溶液离子的平均活度因子已知电池反应已知电池反应已知电池反应已知电池反应18三、测定溶液的三、测定溶液的三、测定溶液的三、测定溶液的pHpH值值值值19四、电势滴定法四、电势滴定法四、电势滴定法四、电势滴定法定义：将反应系统与参比电极组成电池，利用滴定过定义：将反应系统与参比电极组成电池，利用滴定过定义：将反应系统与参比电极组成电池，利用滴定过定义：将反应系统与参比电极组成电池，利用滴定过程中的电位突变作为指示剂的方法。它替代了指示剂程中的电位突变作为指示剂的方

27、法。它替代了指示剂程中的电位突变作为指示剂的方法。它替代了指示剂程中的电位突变作为指示剂的方法。它替代了指示剂作为显示滴定终点的方法。作为显示滴定终点的方法。作为显示滴定终点的方法。作为显示滴定终点的方法。构成的电极系统构成的电极系统构成的电极系统构成的电极系统Ce4+E20两式相加后平衡时计算平衡电势计算平衡电势计算平衡电势计算平衡电势212.4.1离子选择性电极及其应用离子选择性电极及其应用是专门测定溶液中某种离子活度的特定指示电极，其中分是专门测定溶液中某种离子活度的特定指示电极，其中分为玻璃电极、晶体电极、流动载体电极、气敏电极、酶电极、为玻璃电极、晶体电极、流动载体电极、气敏电极、酶

28、电极、离子敏感场效应晶体管等。离子敏感场效应晶体管等。优点：不破坏溶液的组成，直接、连续的测定溶液中的各种微优点：不破坏溶液的组成，直接、连续的测定溶液中的各种微量离子。量离子。图图2-8玻璃电极示玻璃电极示意图意图由于单个离子的活度和单电极电位都由于单个离子的活度和单电极电位都不能直接通过实验测定，所以我们常不能直接通过实验测定，所以我们常选用玻璃电极和参比电极组成一个电选用玻璃电极和参比电极组成一个电池测量其电动势，并用已知池测量其电动势，并用已知pHpH值的标值的标准缓冲溶液标定，就可以计算出溶液准缓冲溶液标定，就可以计算出溶液的的pHpH值。值。22玻璃电极玻璃电极玻璃电极玻璃电极玻璃

29、电极是用特制的玻璃（例如，其组成为玻璃电极是用特制的玻璃（例如，其组成为72%SiO72%SiO2 2，22%Na22%Na2 2O O，6%CaO6%CaO）吹制成薄的圆球。里面放）吹制成薄的圆球。里面放0.1N0.1N盐酸和一个银一氯化银电盐酸和一个银一氯化银电极，外面放待测溶液由于玻璃球两面放的是不同极，外面放待测溶液由于玻璃球两面放的是不同pHpH的溶液，所的溶液，所以在玻璃膜两面就产生了电位差，这个电位差称为膜电位。以在玻璃膜两面就产生了电位差，这个电位差称为膜电位。 232.4.1.22.4.1.2离子离子离子离子选择选择性性性性电电极的一般工作机理极的一般工作机理极的一般工作机理

30、极的一般工作机理以阳离子选择性电极为例，设电极膜是一个对阳离子以阳离子选择性电极为例，设电极膜是一个对阳离子以阳离子选择性电极为例，设电极膜是一个对阳离子以阳离子选择性电极为例，设电极膜是一个对阳离子M M M Mn+n+n+n+有选择性通透的薄膜，当电极插入含有该种离子的溶液中时，有选择性通透的薄膜，当电极插入含有该种离子的溶液中时，有选择性通透的薄膜，当电极插入含有该种离子的溶液中时，有选择性通透的薄膜，当电极插入含有该种离子的溶液中时，由于它和膜上的同种离子进行交换而改变两相界面的电荷分布。由于它和膜上的同种离子进行交换而改变两相界面的电荷分布。由于它和膜上的同种离子进行交换而改变两相

31、界面的电荷分布。由于它和膜上的同种离子进行交换而改变两相界面的电荷分布。形成双电层，从而在膜表面产生膜电位。形成双电层，从而在膜表面产生膜电位。形成双电层，从而在膜表面产生膜电位。形成双电层，从而在膜表面产生膜电位。膜内表面的膜电位、内参考电极的电极电位以及膜内部膜内表面的膜电位、内参考电极的电极电位以及膜内部膜内表面的膜电位、内参考电极的电极电位以及膜内部膜内表面的膜电位、内参考电极的电极电位以及膜内部的扩散电位等，当温度、内溶液组成为一定时，可视为常数。的扩散电位等，当温度、内溶液组成为一定时，可视为常数。的扩散电位等，当温度、内溶液组成为一定时，可视为常数。的扩散电位等，当温度、内溶液组

32、成为一定时，可视为常数。阳离子阳离子M Mn+n+ ：阴离子阴离子阴离子阴离子A A A An n n n 由于单电极电位无法测量。故在使用时需与外参考电极（通常为饱和甘由于单电极电位无法测量。故在使用时需与外参考电极（通常为饱和甘由于单电极电位无法测量。故在使用时需与外参考电极（通常为饱和甘由于单电极电位无法测量。故在使用时需与外参考电极（通常为饱和甘汞电极）组成电池而测其电动势：汞电极）组成电池而测其电动势：汞电极）组成电池而测其电动势：汞电极）组成电池而测其电动势：24氟离子选择性电极252.4.2 2.4.2 2.4.2 2.4.2 电位电位电位电位-pH-pH-pH-pH平衡图平衡

33、图平衡图平衡图我们可以初步用我们可以初步用我们可以初步用我们可以初步用标准电极电位标准电极电位标准电极电位标准电极电位数据来判断氧化还原反应进数据来判断氧化还原反应进数据来判断氧化还原反应进数据来判断氧化还原反应进行的可能性。但是实际的反应行的可能性。但是实际的反应行的可能性。但是实际的反应行的可能性。但是实际的反应不一定局限于标准态的情况不一定局限于标准态的情况不一定局限于标准态的情况不一定局限于标准态的情况。所。所。所。所以用以用以用以用电极电位电极电位电极电位电极电位来分析问题更为合理。由于大部分的氧化还原反来分析问题更为合理。由于大部分的氧化还原反来分析问题更为合理。由于大部分的氧化

34、还原反来分析问题更为合理。由于大部分的氧化还原反应与溶液的应与溶液的应与溶液的应与溶液的浓度和酸度浓度和酸度浓度和酸度浓度和酸度有关，即电极电位与浓度和酸度成函数有关，即电极电位与浓度和酸度成函数有关，即电极电位与浓度和酸度成函数有关，即电极电位与浓度和酸度成函数关系。关系。关系。关系。为了简化起见，往往为了简化起见，往往为了简化起见，往往为了简化起见，往往将浓度变量指定一个数值将浓度变量指定一个数值将浓度变量指定一个数值将浓度变量指定一个数值，则电位，则电位，则电位，则电位pHpHpHpH图中的各条直线表示一系列的等温，等浓度的电位图中的各条直线表示一系列的等温，等浓度的电位图中的各条直线

35、表示一系列的等温，等浓度的电位图中的各条直线表示一系列的等温，等浓度的电位pHpHpHpH线。线。线。线。电极反应：电极反应：电极反应：电极反应：mM + hHmM + hHmM + hHmM + hH+ + + + = nN += nN += nN += nN +H H H H2 2 2 2O O O O26pH= pH= pH= pH= 代入，指定温度为代入，指定温度为代入，指定温度为代入，指定温度为25 25 25 25 斜率斜率斜率斜率截距截距截距截距 pH图由三种由三种类型的直型的直线所构成：所构成：271.1.1.1.没有自由电子参加没有自由电子参加没有自由电子参加没有自由电子

36、参加与与与与pHpH无关无关无关无关斜率斜率斜率斜率 28FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3( ( ( (固固固固) + 6H) + 6H) + 6H) + 6H+ + + += 2Fe= 2Fe= 2Fe= 2Fe3+3+3+3+ + 3H + 3H + 3H + 3H2 2 2 2O O O O例例例例(1)(1)(1)(1)：平衡常数：平衡常数：平衡常数：平衡常数： lgKlgKlgKlgKa a a a=2lg =2lg =2lg =2lg +6pH +6pH +6pH +6pH G G G G0 0 0 0= = = =RtRtRtRtlnKlnKlnKl

37、nKa a a a= = = =2.3032.3032.3032.3038.3148.3148.3148.314298lgK298lgK298lgK298lgKa a a a查表可得反应的标准生成自由焓变为：查表可得反应的标准生成自由焓变为：查表可得反应的标准生成自由焓变为：查表可得反应的标准生成自由焓变为：由于由于由于由于 291.472=2lg 1.472=2lg 1.472=2lg 1.472=2lg 6pH 6pH 6pH 6pH 设 pH=1.75 pH=1.75 pH=1.75 pH=1.75 即图即图即图即图2-102-102-102-10中垂线中垂线中垂线中垂线 (1)(1)

38、(1)(1)lgKlgKlgKlgKa a a a=2lg =2lg =2lg =2lg +6pH +6pH +6pH +6pH 30例例例例(2)a(2)a(2)a(2)a：FeFeFeFe2+2+2+2+ + 2e = Fe + 2e = Fe + 2e = Fe + 2e = Fe查表查表查表查表 G G G G0 0 0 0=0=0=0=0( ( ( (84.94)=84.94 KJ84.94)=84.94 KJ84.94)=84.94 KJ84.94)=84.94 KJ设设设设 31例例例例(2)b(2)b(2)b(2)bFeFeFeFe3+3+3+3+ + e = Fe + e =

39、 Fe + e = Fe + e = Fe2+2+2+2+查表查表查表查表 G G G G0 0 0 0= (= (= (= (84.94)84.94)84.94)84.94)( ( ( (10.5)=10.5)=10.5)=10.5)=74.94 KJ74.94 KJ74.94 KJ74.94 KJM M M M 设设设设 32例例例例(3)(3)(3)(3)：FeFeFeFe2 2 2 2O O O O3 3 3 3( ( ( (固固固固) + 6H) + 6H) + 6H) + 6H+ + + + + 2e = 2Fe + 2e = 2Fe + 2e = 2Fe + 2e = 2Fe2+

40、2+2+2+ + 3H + 3H + 3H + 3H2 2 2 2O O O O查表得：查表得：查表得：查表得：G G G G0 0 0 0=3=3=3=3( ( ( (237.2)+2(237.2)+2(237.2)+2(237.2)+2(84.94)84.94)84.94)84.94)( ( ( (741.0)=741.0)=741.0)=741.0)=140.48KJ140.48KJ140.48KJ140.48KJ设设设设 33例例例例(4)a(4)a(4)a(4)a：2H2H2H2H+ + + +2e=H+2e=H+2e=H+2e=H2 2 2 2当当当当PH=1PH=1PH=1PH=

41、1大气压时，上式可简化为大气压时，上式可简化为大气压时，上式可简化为大气压时，上式可简化为 O O O O2 2 2 2 + 4H + 4H + 4H + 4H+ + + + + 4e = 2H + 4e = 2H + 4e = 2H + 4e = 2H2 2 2 2O O O O电极电位：电极电位：电极电位：电极电位：当当当当P PO2O2=1=1大气大气大气大气压时压时，上式可，上式可，上式可，上式可简简化化化化为为=1.230.0591pH 34上方的高电位直线的氧化态能化下方的低电位直线的还原态。上方的高电位直线的氧化态能化下方的低电位直线的还原态。上方的高电位直线的氧化态能化下方的低

42、电位直线的还原态。上方的高电位直线的氧化态能化下方的低电位直线的还原态。把体系所有可能发生的把体系所有可能发生的把体系所有可能发生的把体系所有可能发生的重要反应的平衡关系式都重要反应的平衡关系式都重要反应的平衡关系式都重要反应的平衡关系式都可以画在一张电位可以画在一张电位可以画在一张电位可以画在一张电位pHpHpHpH图图图图上，这些线段把整个图划上，这些线段把整个图划上，这些线段把整个图划上，这些线段把整个图划分为几个区，每一个区域分为几个区，每一个区域分为几个区，每一个区域分为几个区，每一个区域代表某种组分的稳定区。代表某种组分的稳定区。代表某种组分的稳定区。代表某种组分的稳定区。因为是

43、水溶液，所以常常因为是水溶液，所以常常因为是水溶液，所以常常因为是水溶液，所以常常也画出也画出也画出也画出H H H H2 2 2 2O O O O、H H H H+ + + +、O O O O2 2 2 2、OHOHOHOH、H H H H2 2 2 2的平衡线。根据这些，的平衡线。根据这些，的平衡线。根据这些，的平衡线。根据这些，就能大致判断在水溶液中就能大致判断在水溶液中就能大致判断在水溶液中就能大致判断在水溶液中发生某些反应的可能性。发生某些反应的可能性。发生某些反应的可能性。发生某些反应的可能性。35图图图图2-112-11铜铜铜铜- -水体系的电位水体系的电位水体系的电位水体系的电

44、位PHPH图图图图(25)(25)以前试剂以前试剂以前试剂以前试剂CuCuCuCu2 2 2 2O O O O的生产，是靠用葡萄的生产，是靠用葡萄的生产，是靠用葡萄的生产，是靠用葡萄糖还原糖还原糖还原糖还原CuSOCuSOCuSOCuSO4 4 4 4而制得，该工艺路线成而制得，该工艺路线成而制得，该工艺路线成而制得，该工艺路线成本很高。现在改用电解法生产。本很高。现在改用电解法生产。本很高。现在改用电解法生产。本很高。现在改用电解法生产。从从从从图图上看出，当上看出，当上看出，当上看出，当pHpH在在在在6 61313之之之之间时间时，从，从，从，从热热力学力学力学力学观观点点点点看，有利

45、于不溶性的看，有利于不溶性的看，有利于不溶性的看，有利于不溶性的CuCu2 2OO生成，而在低生成，而在低生成，而在低生成，而在低pHpH或高或高或高或高pHpH时则时则分分分分别别生成可溶性的生成可溶性的生成可溶性的生成可溶性的CuCu2+2+及及及及所有氧化铜的化合物，都能被氢所有氧化铜的化合物，都能被氢所有氧化铜的化合物，都能被氢所有氧化铜的化合物，都能被氢还原，因为氢的还原电位在铜氧化还原，因为氢的还原电位在铜氧化还原，因为氢的还原电位在铜氧化还原，因为氢的还原电位在铜氧化物的还原电位之下。由此得出结论，物的还原电位之下。由此得出结论，物的还原电位之下。由此得出结论，物的还原电位之

46、下。由此得出结论，电解时，必须使用隔膜，以防止阴电解时，必须使用隔膜，以防止阴电解时，必须使用隔膜，以防止阴电解时，必须使用隔膜，以防止阴极生成的氢气转移到阳极与产物极生成的氢气转移到阳极与产物极生成的氢气转移到阳极与产物极生成的氢气转移到阳极与产物CuCuCuCu2 2 2 2O O O O发生还原作用而消耗发生还原作用而消耗发生还原作用而消耗发生还原作用而消耗CuCuCuCu2 2 2 2O O O O。通过试验确定的电解液组成为：通过试验确定的电解液组成为：通过试验确定的电解液组成为：通过试验确定的电解液组成为：15%NaCl+115%NaCl+115%NaCl+115%NaCl+13

47、3 3 3克克克克/ / / /升升升升NaOH NaOH NaOH NaOH 36a: 化学镀NiWP 3分钟, b: 化学镀NiP 3分钟, c: 化学镀NiWP 1分钟,d: 化学镀NiP 1分钟, e: Pd晶籽2分钟，扫描速率：10mV/s 不同沉积时间的薄膜在不同沉积时间的薄膜在NaCl中的阳极极化曲线和中的阳极极化曲线和Ni的的pH电位图电位图 NiP和NiWP薄膜在较薄的情况下不易生成钝化膜，并且生成的钝化膜厚度也相应的较薄，W引入使钝化膜更容易形成，并且钝化膜相对较厚。同时由于W原子的引入提高了薄膜的生长速度，在相同的沉积时间内NiWP薄膜的生长速度快于NiP薄膜37a: N

48、iWP镀液(A) 3分钟, b: NiWP镀液(C) 3分钟, c: NiP镀液 3分钟, d: NiWP镀液(A) 1分钟，扫描速率：10mV/s不同镀液中的不同镀液中的NiWP薄膜在薄膜在0.5moLL-1H2SO4中扫描第中扫描第一遍后的阳极极化曲线和一遍后的阳极极化曲线和pH电位图电位图38燃料电池燃料电池燃料电池的应用燃料电池的应用燃料电池因其具有能量转换率高、燃料广泛、污染小等特点已被广泛应用燃料电池因其具有能量转换率高、燃料广泛、污染小等特点已被广泛应用于日常生活的许多领域于日常生活的许多领域391839年：年：WilliamGrove提出了氢和氧反应可以发电的原理提出了氢和氧反

49、应可以发电的原理,并发明了第并发明了第一个燃料电池。一个燃料电池。1897年：年：W.Nernst用氧化钇和氧化锆的混合物作为电解质用氧化钇和氧化锆的混合物作为电解质,制作成了固制作成了固体氧化物燃料电池。体氧化物燃料电池。1900年：年：E.Baur研究小组发明了熔融碳酸盐型燃料电池研究小组发明了熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)1902年：年：J.H.Reid等人先后开始研究碱性燃料电池等人先后开始研究碱性燃料电池(AFC)1906年：年：F.Haber等人做出了固体聚合物燃料电池等人做出了固体聚合物燃料电池(SPFC)1952年：英国学者年：英国学者F.T.Bacon在借鉴前人研究经验的基

50、础上研制出具有在借鉴前人研究经验的基础上研制出具有实用性的培根电池并获得专利，开拓了现代燃料电池研究的新纪元实用性的培根电池并获得专利，开拓了现代燃料电池研究的新纪元1959年：质子交换膜燃料电池获得了专利年：质子交换膜燃料电池获得了专利燃料电池发展简史燃料电池发展简史40燃料电池具有高效率的原因燃料电池具有高效率的原因汽轮机或柴油机的效率最大值仅为汽轮机或柴油机的效率最大值仅为40%50%，当用热机带动发电机发电时，当用热机带动发电机发电时，其其效率仅为效率仅为35%40%;而燃料电池理论上能量转化率在而燃料电池理论上能量转化率在90%以上以上,在实际应用中在实际应用中,其其综合利用效率亦可

51、达综合利用效率亦可达70%以上以上.化学能化学能热能热能机械能机械能电能电能传统传统热机热机发电发电化学能化学能燃料电池燃料电池电能电能燃料燃料电池电池发电发电41燃料电池与其他发电方式相比具有独特的优点燃料电池与其他发电方式相比具有独特的优点燃料电池与其他发电方式相比具有独特的优点燃料电池与其他发电方式相比具有独特的优点1 1 1 1：效率高：燃料电池发电不通过热机过程：效率高：燃料电池发电不通过热机过程：效率高：燃料电池发电不通过热机过程：效率高：燃料电池发电不通过热机过程, , , ,没有中间环节的能量损失没有中间环节的能量损失没有中间环节的能量损失没有中间环节的能量损失, , , ,理

52、论理论理论理论上它的发电效率可达上它的发电效率可达上它的发电效率可达上它的发电效率可达85% 85% 85% 85% 90%90%90%90%，但实际上由于受各种极化限制，但实际上由于受各种极化限制，但实际上由于受各种极化限制，但实际上由于受各种极化限制, , , ,目前各类燃目前各类燃目前各类燃目前各类燃料电池的能量转化率达到料电池的能量转化率达到料电池的能量转化率达到料电池的能量转化率达到40% 40% 40% 40% 60%60%60%60%，如果实现热电联供，燃料总利用率达，如果实现热电联供，燃料总利用率达，如果实现热电联供，燃料总利用率达，如果实现热电联供，燃料总利用率达70%70%

53、70%70%80%80%80%80%。2 2 2 2：机动灵活。燃料电池发电装置由许多基本单元组成。可以根据不同的需：机动灵活。燃料电池发电装置由许多基本单元组成。可以根据不同的需：机动灵活。燃料电池发电装置由许多基本单元组成。可以根据不同的需：机动灵活。燃料电池发电装置由许多基本单元组成。可以根据不同的需要灵活地组装成不同规模的燃料电池发电站。燃料电池的基本单元可按照设要灵活地组装成不同规模的燃料电池发电站。燃料电池的基本单元可按照设要灵活地组装成不同规模的燃料电池发电站。燃料电池的基本单元可按照设要灵活地组装成不同规模的燃料电池发电站。燃料电池的基本单元可按照设计标准预先进行大规模生产，所

54、以燃料电池发电站的建设成本低、周期短。计标准预先进行大规模生产，所以燃料电池发电站的建设成本低、周期短。计标准预先进行大规模生产，所以燃料电池发电站的建设成本低、周期短。计标准预先进行大规模生产，所以燃料电池发电站的建设成本低、周期短。另外另外另外另外, , , ,由于燃料电池重量轻、体积小、比功率高，移动起来比较容易。由于燃料电池重量轻、体积小、比功率高，移动起来比较容易。由于燃料电池重量轻、体积小、比功率高，移动起来比较容易。由于燃料电池重量轻、体积小、比功率高，移动起来比较容易。3 3 3 3：燃料多样。虽然燃料电池的工作物质主要是氢，但它可用的燃料有煤气、：燃料多样。虽然燃料电池的工作

55、物质主要是氢，但它可用的燃料有煤气、：燃料多样。虽然燃料电池的工作物质主要是氢，但它可用的燃料有煤气、：燃料多样。虽然燃料电池的工作物质主要是氢，但它可用的燃料有煤气、沼气、天然气等气体燃料，甲醇、轻油、柴油等液体燃料沼气、天然气等气体燃料，甲醇、轻油、柴油等液体燃料沼气、天然气等气体燃料，甲醇、轻油、柴油等液体燃料沼气、天然气等气体燃料，甲醇、轻油、柴油等液体燃料, , , ,甚至包括洁净煤。甚至包括洁净煤。甚至包括洁净煤。甚至包括洁净煤。根据实际情况根据实际情况根据实际情况根据实际情况, , , ,可以因地制宜地使用不同的燃料或将不同燃料进行组合使用，可以因地制宜地使用不同的燃料或将不同燃

56、料进行组合使用，可以因地制宜地使用不同的燃料或将不同燃料进行组合使用，可以因地制宜地使用不同的燃料或将不同燃料进行组合使用，达到就地取材、节省资金的目的。达到就地取材、节省资金的目的。达到就地取材、节省资金的目的。达到就地取材、节省资金的目的。4 4 4 4：环境友好。以纯氢为燃料时，燃料电池的化学反应产物仅为水，以富氢：环境友好。以纯氢为燃料时，燃料电池的化学反应产物仅为水，以富氢：环境友好。以纯氢为燃料时，燃料电池的化学反应产物仅为水，以富氢：环境友好。以纯氢为燃料时，燃料电池的化学反应产物仅为水，以富氢气体为燃料时，其二氧化碳的排放量也极为有限。目前，燃料电池的有害气气体为燃料时，其二氧

57、化碳的排放量也极为有限。目前，燃料电池的有害气气体为燃料时，其二氧化碳的排放量也极为有限。目前，燃料电池的有害气气体为燃料时，其二氧化碳的排放量也极为有限。目前，燃料电池的有害气体排放量比美国的国家环保标准低两个数量级。另外，燃料电池是静止发电，体排放量比美国的国家环保标准低两个数量级。另外，燃料电池是静止发电，体排放量比美国的国家环保标准低两个数量级。另外，燃料电池是静止发电，体排放量比美国的国家环保标准低两个数量级。另外，燃料电池是静止发电，本身无噪声，只是在控制系统等辅助装置中有运动部件，因而它工作时振动本身无噪声，只是在控制系统等辅助装置中有运动部件，因而它工作时振动本身无噪声，只是在

58、控制系统等辅助装置中有运动部件，因而它工作时振动本身无噪声，只是在控制系统等辅助装置中有运动部件，因而它工作时振动很小，噪声很低，实验表明，一个很小，噪声很低，实验表明，一个很小，噪声很低，实验表明，一个很小，噪声很低，实验表明，一个40404040千瓦的千瓦的千瓦的千瓦的PAFCPAFCPAFCPAFC电站，与其相距电站，与其相距电站，与其相距电站，与其相距4.64.64.64.6米的噪米的噪米的噪米的噪声仅为声仅为声仅为声仅为60606060分贝，而分贝，而分贝，而分贝，而4.54.54.54.5兆瓦兆瓦兆瓦兆瓦PAFCPAFCPAFCPAFC电站的噪声仍低于电站的噪声仍低于电站的噪声仍低

59、于电站的噪声仍低于55555555分贝。分贝。分贝。分贝。42全球燃料电池的增长全球燃料电池的增长2005年燃料电池应用系统为年燃料电池应用系统为14500个，比个，比2004年增长了年增长了32%，其中大部，其中大部分是便携燃料电池和微小型燃料电池分是便携燃料电池和微小型燃料电池43燃料电池的应用燃料电池的应用2005年全球燃料电池使用年全球燃料电池使用的比例中的比例中PEMFC燃料电池燃料电池占占55%，其次是，其次是DMFC2005年全球燃料电池使用年全球燃料电池使用的比例中北美所占的比例的比例中北美所占的比例最大，其次是欧洲，下来最大，其次是欧洲，下来是日本，亚洲最低，说明是日本，亚洲

60、最低，说明我们国家的燃料电池工业我们国家的燃料电池工业目前还比较落后目前还比较落后44燃料电池的划分燃料电池的划分低低温温型型(60-220oC)碱性燃料电池碱性燃料电池（AFC）磷酸燃料电池磷酸燃料电池（PAFC）质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池（PEMFC）直接甲醇直接甲醇燃料电池燃料电池（DMFC）高高温温型型(600-1000oC)熔融碳酸熔融碳酸盐盐燃料燃料电电池（池（MCFC）固态氧化物燃料电池固态氧化物燃料电池（SOFC）45低温燃料电池低温燃料电池(60-120)中温燃料电池中温燃料电池(160-220)高温燃料电池高温燃料电池(600-1000)类类型型AFCPEMFCD

61、MFCPAFCMCFCSOFC应用应用太空飞太空飞行、国行、国防防汽车、潜水艇、汽车、潜水艇、便携式电子设便携式电子设备、家用电源备、家用电源便携式电子设便携式电子设备、军用电子备、军用电子设备电源设备电源热电合并电厂、热电合并电厂、复合电厂复合电厂热电合并电热电合并电厂、复合电厂、复合电厂厂热电合并电厂、热电合并电厂、复合电厂、家用复合电厂、家用电源电源开发开发的状的状态态在太空在太空飞行中飞行中的应用的应用汽车、公共汽汽车、公共汽车、车、250kW分分散电站散电站主要用于手主要用于手机、笔记本机、笔记本电脑等小型电脑等小型电池电池具有具有200kW功率功率3MW的的试验电厂试验电厂300k

62、W-1MW电厂电厂特特性性启动快、启动快、不适合不适合工业应工业应用用启动快、与常启动快、与常规技术相比贵规技术相比贵发电效率低、发电效率低、甲醇易穿透甲醇易穿透膜膜发电效率相对发电效率相对较低较低启动时间长、启动时间长、腐蚀性电解腐蚀性电解液液发热可利用发热可利用电解电解质质氢氧化氢氧化钾钾质子交换膜质子交换膜磷酸磷酸锂和碳酸钾锂和碳酸钾固体陶瓷体固体陶瓷体燃料燃料纯氢纯氢氢气甲醇或天氢气甲醇或天然气然气甲醇甲醇天然气、氢天然气、氢气气天然气、煤气、天然气、煤气、沼气、氢气沼气、氢气天然气、煤气、天然气、煤气、沼气、氢气沼气、氢气电效电效率率60-70%43-58%30%37-42%50%5

63、0-65%质子交换膜质子交换膜各种燃料电池的比较各种燃料电池的比较高温燃料电池的效率比较高，普遍应用在电厂等设施，低温燃料电池中碱性燃料电池的高温燃料电池的效率比较高，普遍应用在电厂等设施，低温燃料电池中碱性燃料电池的效率较高但价格比较昂贵，效率较高但价格比较昂贵，DMFC的的电效率比电效率比PEMFC低，如何提高低，如何提高DMFC的效率是目的效率是目前的研究热点前的研究热点46PEMFCDMFCSOFCPEMFCPEMFCSOFCPAFCMCFCSOFCMCFCSOFCSOFC可携带式电源可携带式电源住宅电源住宅电源车用车用电源电源商用电源商用电源工业用电厂工业用电厂分散型电厂分散型电厂1

64、10100100010000100000KW燃料电池发电适用范围燃料电池发电适用范围47Anode Reaction: CH3OH + H2O CO2 + 6H+ + 6e- Cathode Reaction: 3/2 O2 + 6 H+ + 6e- 3 H2OOverall Cell Reaction: CH3OH + 3/2 O2 CO2 + 2 H2O直接甲醇燃料电池示意图直接甲醇燃料电池示意图48PEMPt,PtRuPt直接甲醇燃料电池结构示意图直接甲醇燃料电池结构示意图49Fujitsu LaptopHitachi PDAToshiba LaptopNEC LaptopSamsung

65、 LaptopDMFC已经用于多种已经用于多种3C产品产品50Methanol inO2 inCO2 out世界上最小的直接甲醇燃料电池世界上最小的直接甲醇燃料电池东芝公司这款燃料电池的外形尺寸为东芝公司这款燃料电池的外形尺寸为2222mm56mm9.1mmmm56mm9.1mm，只有大拇指只有大拇指大小，输出功率为大小，输出功率为100100mWmW。可利用可利用2 2cccc的甲醇最长驱动便携音乐播放器的甲醇最长驱动便携音乐播放器等小型便携设备等小型便携设备2020个小时个小时51DMFC的技术挑战目前主要有三方面：的技术挑战目前主要有三方面：(1)是是常常温温下下醇醇类类燃燃料料的的电电

66、氧氧化化速速度度较较慢慢，电电流流密密度度较较低；低；(2)是是目目前前所所用用的的贵贵金金属属电电催催化化剂剂不不仅仅成成本本较较高高、资资源源有限，同时易被甲醇氧化产生的有限，同时易被甲醇氧化产生的CO等中间产物毒化；等中间产物毒化；(3)是是电电池池工工作作时时甲甲醇醇从从阳阳极极到到阴阴极极的的渗渗透透率率较较高高，直直接影响电池的性能和使用寿命。接影响电池的性能和使用寿命。521 1 1 1、真真真真空空空空溅溅溅溅射射射射法法法法：将将将将纯纯纯纯铂铂铂铂或或或或其其其其他他他他金金金金属属属属作作作作为为为为溅溅溅溅射射射射源源源源，直直直直接接接接在在在在导导导导电电电电材材材

67、材料料料料上上上上制制制制备备备备PtPtPtPt纳纳纳纳米米米米颗颗颗颗粒粒粒粒，这这这这种种种种方方方方法法法法简简简简单单单单，但但但但同同同同样样样样存存存存在在在在设设设设备备备备复复复复杂杂杂杂，以以以以及及及及分分分分散散散散性性性性不不不不好好好好的的的的问问问问题题题题。鉴鉴鉴鉴于于于于目目目目前前前前技技技技术术术术上上上上的的的的缺缺缺缺陷陷陷陷，需需需需要要要要开开开开发发发发出出出出一一一一种种种种新新新新型型型型的的的的燃燃燃燃料料料料电电电电池池池池催催催催化化化化剂剂剂剂的的的的制制制制备备备备方方方方法法法法，并并并并能能能能广广广广泛的应用于大规模的生产中。

68、泛的应用于大规模的生产中。泛的应用于大规模的生产中。泛的应用于大规模的生产中。2 2 2 2、气气气气相相相相还还还还原原原原法法法法：此此此此方方方方法法法法是是是是先先先先将将将将铂铂铂铂的的的的前前前前驱驱驱驱体体体体浸浸浸浸渍渍渍渍在在在在载载载载体体体体上上上上，然然然然后后后后再再再再通通通通过过过过氢氢氢氢气气气气高高高高温温温温还原得到催化剂。但这种方法通常需要较大型的仪器设备，很难广泛使用。还原得到催化剂。但这种方法通常需要较大型的仪器设备，很难广泛使用。还原得到催化剂。但这种方法通常需要较大型的仪器设备，很难广泛使用。还原得到催化剂。但这种方法通常需要较大型的仪器设备，很难

69、广泛使用。3 3 3 3、浸浸浸浸渍渍渍渍- - - -液液液液相相相相还还还还原原原原法法法法：该该该该方方方方法法法法主主主主要要要要包包包包括括括括将将将将铂铂铂铂的的的的盐盐盐盐与与与与载载载载体体体体混混混混合合合合后后后后加加加加入入入入还还还还原原原原剂剂剂剂（如如如如甲甲甲甲醛醛醛醛、柠柠柠柠檬檬檬檬酸酸酸酸钠钠钠钠、肼肼肼肼、NaBHNaBHNaBHNaBH4 4 4 4等等等等），使使使使铂铂铂铂被被被被还还还还原原原原在在在在载载载载体体体体上上上上，干干干干燥燥燥燥后后后后可可可可得得得得到到到到Pt/CPt/CPt/CPt/C催催催催化剂。但这种方法普遍得到的铂的颗粒

70、比较大，且分布不均匀。化剂。但这种方法普遍得到的铂的颗粒比较大，且分布不均匀。化剂。但这种方法普遍得到的铂的颗粒比较大，且分布不均匀。化剂。但这种方法普遍得到的铂的颗粒比较大，且分布不均匀。4 4 4 4、离离离离子子子子交交交交换换换换法法法法：AmineAmineAmineAmine等等等等人人人人利利利利用用用用氧氧氧氧化化化化剂剂剂剂对对对对碳碳碳碳进进进进行行行行处处处处理理理理，使使使使得得得得碳碳碳碳表表表表面面面面具具具具有有有有带带带带负负负负电电电电的的的的官官官官能能能能团团团团，利利利利用用用用正正正正负负负负电电电电荷荷荷荷的的的的库库库库仑仑仑仑引引引引力力力力使使

71、使使得得得得带带带带正正正正电电电电的的的的 t(NHt(NHt(NHt(NH3 3 3 3) ) ) )4 4 4 42+2+2+2+ ，被被被被吸吸吸吸引引引引到到到到载载载载体体体体表表表表面面面面，利利利利用用用用还还还还原原原原剂剂剂剂将将将将吸吸吸吸附附附附的的的的正正正正离离离离子子子子还还还还原原原原。这这这这种种种种方方方方法法法法的的的的缺缺缺缺点点点点在在在在于于于于修修修修饰饰饰饰的的的的官官官官能能能能团团团团数数数数量量量量有限导致铂载量比较低。有限导致铂载量比较低。有限导致铂载量比较低。有限导致铂载量比较低。5 5 5 5、电电电电化化化化学学学学沉沉沉沉积积积积

72、法法法法：通通通通过过过过循循循循环环环环伏伏伏伏安安安安法法法法、恒恒恒恒电电电电位位位位法法法法、欠欠欠欠电电电电位位位位法法法法等等等等方方方方法法法法将将将将PtPtPtPt或或或或其其其其他他他他金金金金属属属属还还还还原原原原。但但但但如如如如何何何何将将将将金金金金属属属属高高高高分分分分散散散散的的的的沉沉沉沉积积积积在在在在载载载载体体体体上上上上，控控控控制制制制颗颗颗颗粒粒粒粒大大大大小小小小方方方方面面面面仍仍仍仍须须须须深深深深入入入入的的的的研究研究研究研究燃料电池催化剂的主要制备方法燃料电池催化剂的主要制备方法536 6 6 6、溶溶溶溶胶胶胶胶法法法法：这这这这

73、种种种种方方方方法法法法是是是是先先先先将将将将铂铂铂铂制制制制成成成成溶溶溶溶胶胶胶胶，再再再再吸吸吸吸附附附附到到到到活活活活性性性性炭炭炭炭上上上上，可可可可得得得得到到到到分分分分散散散散性性性性好好好好的的的的催催催催化化化化剂剂剂剂。典典典典型型型型的的的的BonnemannBonnemannBonnemannBonnemann法法法法用用用用H2PtCl6H2PtCl6H2PtCl6H2PtCl6与与与与有有有有机机机机溶溶溶溶剂剂剂剂形形形形成成成成溶溶溶溶胶胶胶胶后后后后可可可可制制制制备备备备Pt-Pt-Pt-Pt-RuRuRuRu、Pd-AuPd-AuPd-AuPd-Au

74、、Pt-Pt-Pt-Pt-RuRuRuRu- - - -SnSnSnSn等等等等一一一一系系系系列列列列的的的的多多多多元元元元金金金金属属属属溶溶溶溶胶胶胶胶，然然然然而而而而这这这这种种种种方方方方法法法法的的的的过过过过程程程程复复复复杂杂杂杂、成成成成本本本本高高高高、条件苛刻，不适合商业化。条件苛刻，不适合商业化。条件苛刻，不适合商业化。条件苛刻，不适合商业化。7 7 7 7、射射射射线线线线辐辐辐辐照照照照法法法法：这这这这是是是是一一一一种种种种非非非非常常常常新新新新颖颖颖颖的的的的方方方方法法法法，SeongSeongSeongSeong- - - -DaeDaeDaeDae

75、等等等等人人人人在在在在单单单单壁壁壁壁碳碳碳碳纳纳纳纳米米米米管管管管上上上上利利利利用用用用Co-60Co-60Co-60Co-60在在在在60 60 60 60 kGykGykGykGy的的的的条条条条件件件件下下下下，成成成成功功功功的的的的制制制制备备备备了了了了AgAgAgAg，PdPdPdPd，Pt-Pt-Pt-Pt-RuRuRuRu等等等等纳纳纳纳米米米米颗颗颗颗粒粒粒粒，平平平平均均均均粒粒粒粒径径径径大大大大小小小小为为为为15-2015-2015-2015-20nmnmnmnm，这这这这种种种种方方方方法法法法制制制制备备备备快快快快速速速速、简简简简便便便便，但但但但易

76、易易易团团团团聚聚聚聚，颗颗颗颗粒粒粒粒尺尺尺尺寸寸寸寸不不不不容容容容易易易易控控控控制。制。制。制。8 8 8 8、微微微微波波波波法法法法：是是是是一一一一种种种种快快快快速速速速制制制制备备备备催催催催化化化化剂剂剂剂的的的的方方方方法法法法，它它它它的的的的原原原原理理理理是是是是多多多多元元元元醇醇醇醇溶溶溶溶液液液液与与与与PtPtPtPt的的的的盐盐盐盐溶溶溶溶液液液液混混混混合合合合后后后后在在在在微微微微波波波波的的的的作作作作用用用用下下下下，局局局局部部部部的的的的温温温温度度度度发发发发生生生生急急急急剧剧剧剧的的的的升升升升高高高高促促促促进进进进了了了了多多多多元

77、元元元醇醇醇醇溶溶溶溶液液液液与与与与PtPtPtPt的的的的盐盐盐盐溶溶溶溶液液液液的的的的反反反反应应应应，使使使使得得得得PtPtPtPt的的的的颗颗颗颗粒粒粒粒在在在在载载载载体体体体上上上上被被被被还还还还原原原原。然然然然而而而而这这这这种种种种方方方方法法法法也也也也存存存存在在在在不不不不能能能能良良良良好好好好分分分分散散散散以以以以及及及及过过过过快快快快的的的的反反反反应应应应很很很很难难难难控控控控制制制制颗颗颗颗粒粒粒粒大大大大小小小小的的的的问问问问题题题题，虽虽虽虽然然然然反反反反应应应应的的的的时时时时间间间间较较较较短短短短，但但但但前前前前处理也需要很长的时间。处理也需要很长的时间。处理也需要很长的时间。处理也需要很长的时间。 54MWCNTs在在无无超超声声处处理理5min后后的的TEM图图(a)；超超声声出出处处理理3min(b)；超超声声处处理理5min(c),(d)，；，；超声处理超声处理5min后的粒径分布图后的粒径分布图(e)；超声超声8min(f)(a)(b)(c)(d)(e)(f)55

展开阅读全文

可逆电池的电动势及其应用

最新文档