燃料電池

燃料電池を調べました。

1.一般の説明

　・マイナスの電極では、H2ガスは、電極内の触媒に吸着され活性な水素原子(H-H)となります。

　・この水素原子は、水素イオン(2H⁺)となり２個の電子(2e^-)を外部回路を通ってプラスの電極への電流となります。

　・プラスの電極では、電極内の触媒に吸着された酸素分子(O2)が外部回路からの電子を受け取り酸素イオン(O^2-)となります。

　・マイナス電極で発生した水素イオン(2H⁺)は、電解質を伝ってプラスの電極に移動し、酸素イオン(O^2-)と結合し水(H2O)になります。

 2.中学校理科３年用の教科「化学変化と電池」の説明

「（簡易）電気分解装置で水の電気分解を行った後，電源を外して電極に電子オルゴールをつなぐと，水素と酸素が化合するときに出るエネルギーで電子オルゴールが鳴る。このしくみの電池を燃料電池とよぶ。

 

電気分解を行った直後約2 Vの電圧が発生し、その後下がっていくので、燃料電池としての反応でなく、キャパシタができているのではとの報告があります。

3.ギブズエネルギーをもとにした説明

　・水素H₂と酸素O₂の反応は自発変化でH₂の出した電子をO₂が受けとる反応だから、

　　電子のやりとりを別々の電極でさせれば電池ができる。

　・反応は、水の電気分解の逆である。

　　　　

　・水H₂Oの標準生成ギブズエネルギーは-237.13 kJmol^-1で、

　　上式の酸素1モルあたりではその2倍だから、

　　反応のギブズエネルギー減少分（ J単位）は474260 Jとなる。
　　このとき動く電子は4モル、その電荷はファラデー定数の4倍なので、

　　　474260　J　=　4×96485　C　×　電圧　より

　　　電圧= 1.2288V　が得られる。

4.電極触媒

効率よく大電流を得るには、高い触媒特性を持つ高価な白金が大量に必要です。

カソード触媒　：　カーボン担持　Pt触媒、Pt合金触媒

アノード触媒　：　カーボン担持　Pt触媒、PtRu触媒、PtRuブラック触媒

白金の減量対策 ：

超微粒子化による表面積増、ニッケルやコバルトなどとの合金化