在前面的影片中 我們已經認識了許多不同種類的電池 有只能使用一次的碳鋅電池 鹼性電池等一次電池 也有能充電重複使用的鉛蓄電池 鋰離子電池等二次電池 這些電池雖然讓我們的生活更便利 卻也容易造成汙染 因此科學家為了解決這個問題 發明了一種低汙染 並且能持續補充電力的電池 那就是──燃料電池 燃料電池為什麼不太會造成汙染呢？ 它的反應物是什麼呢？ 燃料電池的陽極反應物是燃料 例如：氫氣、甲烷、甲醇、乙醇等 陰極的反應物通常是氧氣 而電解質層的材料則為磷酸鹽 碳酸鹽、氫氧化鉀或是質子交換膜等 根據電解質的不同 燃料電池可以簡單區分為酸性與鹼性兩種 以鹼性氫氧燃料電池為例 放電時陽極的氫氣釋放出氫離子和電子後 氫離子與鹼性電解質的氫氧根反應產生水 電子則經由外電路通往陰極 與陰極的氧氣、水反應 最後重新生成氫氧根離子回到電解質中 而酸性氫氧燃料電池放電時 則是陽極的氫氣經過鉑金屬催化之後 釋放出電子與氫離子 電子經由外電路流向陰極 氫離子則經過質子交換膜移到陰極 陰極的氧氣得到電子後 會與氫離子反應生成水 這裡提到的質子交換膜是一種半透膜 可以選擇性的只讓質子在陰極與陽極之間移動形成通路 隔絕氧氣或氫氣 無論是酸性還是鹼性氫氧燃料電池 其總反應都是氫氣與氧氣反應生成水 標準狀況下電壓皆為大約1.23伏特 除此之外 現在也有以甲醇為燃料的甲醇燃料電池 相對於氫氣 甲醇容易取得 且其在常溫下是液態 較易於保存與運輸 比使用氫氣更為方便 甲醇燃料電池在放電反應時 甲醇為陽極 在觸媒催化下會失去電子 並產生氫離子和二氧化碳 陰極的氧氣則在得到電子後 與陽極產生的氫離子反應生成水 陽極的氧化反應與陰極的還原反應相加 即可得到總反應式 也就是甲醇燃燒的方程式 甲醇燃料電池和氫氧燃料電池一樣 需要催化劑加速反應進行 通常會以鉑、銣等金屬做為陽極的催化劑 增加電能的產生效率 透過剛才幾個燃料電池的介紹 我們可以觀察到 不像傳統的火力或核能發電 需經多次轉換才能發電 燃料電池可以將化學能直接轉變成電能 能量轉換效率高 穩定安全 且燃料電池放電後的產物主要是水 因此較不會對環境造成汙染 是現在很重要且具發展性的綠色能源 此外 燃料電池並不須充電 若是想讓燃料電池持續放電 只需補充燃料與氧 使燃料電池的陽極與陰極不斷進行反應 就能持續放電 雖然燃料電池具有低汙染 能源轉換效率高等優點 但因為陽極所需氫氣的製造與保存不易 可能會導致安全問題 因此 找到更適合的電池燃料 或是開發更有效率 更安全的製氫與儲氫技術 將是現階段需要去努力的方向 下列是一個鹼性燃料電池的示意圖 及正負極的反應式 請選出正確的選項 答案為B A氫氣會在陽極被氧化 氧氣會在陰極被還原 C此電池的電壓為0.4伏特加0.83伏特 等於1.23伏特 D根據反應式 產生4F電量時 只會產生2莫耳的水 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 在這段影片中 我們認識了燃料電池 其主要是以氫氣等燃料和氧氣為反應物 經由化學反應產生電能 並生成水的一種電池 根據電解質的不同 氫氧燃料電池可分成酸性與鹼性兩種 雖然使用的電解質不同 反應的過程也不同 但其總反應都是氫氣與氧氣反應生成水 標準狀況下電壓皆為約1.23伏特 除了氫氣以外 甲醇也是常見的燃料電池燃料 因其較氫氣更容易取得與保存 所以更加安全也更具發展性 燃料電池因為其低汙染的特性 已成為現代能源的趨勢 它的應用範圍包括汽車、電動車、郵輪 無人機、發電機等 是現代極具發展潛力的綠色能源 若能找到更穩定、安全的儲存燃料方式 燃料電池的發展將會更加邁進一大步 同學 你能想到燃料電池還有什麼應用嗎？ 歡迎與我們分享 下次見！