燃料電池的電極反應(yīng)（主要是負極的電極方程式）是一個難點。我們知道，一般的燃料電池大多是可燃性物質(zhì)（主要是可燃性氣體）與氧氣及電解質(zhì)溶液共同組成的原電池，雖然可燃性物質(zhì)與氧氣在不同的電極反應(yīng)，但其總反應(yīng)方程式是可燃物在氧氣中燃燒。

由于涉及電解質(zhì)溶液，所以燃燒產(chǎn)物可能還要與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，再寫出燃燒產(chǎn)物與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的方程式，從而得到總反應(yīng)方程式。由于在反應(yīng)中氧氣由0價變?yōu)椋?價，所以肯定是O2得電子，即O2作氧化劑是正極，即可寫出正極的電極反應(yīng)式：O2 4e 2H2O=4OH_ ① (該反應(yīng)式為常見的絕大多數(shù)燃料電池的正極反應(yīng)式)。

若此時電解質(zhì)溶液為酸性，則反應(yīng)過程可以理解為：正極上首先發(fā)生： O2 4e-=2O2- 由于在酸性環(huán)境中大量存在H 故O2-會與H 結(jié)合成H20，故正極反應(yīng)式應(yīng)為：O2 4 e-＋4H ＝2H2O ②

若電解質(zhì)為中性或堿性時，則正極反應(yīng)式就只是①。此時負極反應(yīng)式就可由總電極方程式減去正極的電極方程式得到（注意要將方程式中的氧氣抵消掉）。

?。?）直接法書寫電極反應(yīng)式：（以氫氧燃料電池為例）

　　　解析：H2、O2燃料電池中反應(yīng)實質(zhì)為：2H2 O2=2HO

　　　電極上H2-2e-=2H O2 4e-=2O2

　在不同環(huán)境中H 、O2-會與電解質(zhì)發(fā)生不同的反應(yīng)，故電極反應(yīng)也相應(yīng)不同：

　　①、酸性環(huán)境中：H 能穩(wěn)定存在，O2-會與H 結(jié)合成H20，

　　　　負極：2H2-4e-=4H 正極：O2 4H 4e-=2H2O

　 ②、堿性環(huán)境中：H 不能穩(wěn)定存在會與OH-結(jié)合成水，而O2-也不能穩(wěn)定存在會與水結(jié)合形成OH-

　　　　負極：2H2-4e- 4OH-=4H20 正極：O2 2H2O 4e-=4OH-

　③、中性環(huán)境中：H 能穩(wěn)定存在：02-會與H20結(jié)合成OH-：

　　　　負極：2H2-4e-=4H 正極：O2 2H20 4e-=4OH-

　④、在能傳導(dǎo)O2-的固體電解質(zhì)中：由于O2-能存在，而H 會與固體電解質(zhì)中O2-結(jié)合形成水

　　　　負極：2H2-4e- 2O2-=2H2O 正極：O2 4e-=2O2-

（2）加減法書寫電極方程式：

　　由甲醇和氧氣以及強堿作電解質(zhì)溶液的新型手機電池。

　　　　解析：CH3OH O2→CO2 H2O……①

　　但：CO2在堿性環(huán)境中不存在，會與OH-反應(yīng)生成CO32-

　　　　CO2 2OH- =CO32- H2O……②

　　　故將①、②式進行疊加即為總反應(yīng)：

　　　　2CH3OH 3O2 4OH-=2CO32- 6H2O ……③

　　由于正極反應(yīng)式為：O2 2H2O 4e-=4OH_……④ 由于電解質(zhì)溶液為堿性，所以正極的產(chǎn)物不再進一步反應(yīng)，則負極的反應(yīng)式為總反應(yīng)方程式減去正極的反應(yīng)式得到：

　　　　2CH3OH 3O2＋4OH--3O2-6H2O -12e-=2CO32- 6H2O-12OH-

　　調(diào)整之后得（負極）：CH3OH＋8OH-－6e-＝CO32-＋6H2O

氫氧燃料電池一般是以惰性金屬鉑（Pt）或石墨做電極材料，負極通入H2，正極通入 O2，總反應(yīng)為：2H2 O2 = 2H2O。電極反應(yīng)特別要注意電解質(zhì)，有下列三種情況：

1．電解質(zhì)是KOH溶液（堿性電解質(zhì)）

負極發(fā)生的反應(yīng)為：H2– 2e- = 2H ，2H 2OH- = 2H2O,所以：負極的電極反應(yīng)式為：H2– 2e- 2OH- = 2H2O；

正極是O2得到電子，即：2O2 4e-= 2O2- ，O2- 在堿性條件下不能單獨存在，只能結(jié)合H2O生成OH-即：2O2- 2H2O = 4OH- ，因此，正極的電極反應(yīng)式為：O2 H2O 4e- = 4OH- 。

2．電解質(zhì)是H2SO4溶液（酸性電解質(zhì)）

負極的電極反應(yīng)式為：H2– 2e- = 2H

正極是O2得到電子，即：O2 4e-= 2O2- ，O2- 在酸性條件下不能單獨存在，只能結(jié)合H 生成H2O即：O2- 2H =H2O，因此正極的電極反應(yīng)式為：O2 4H 4e- = 2H2O

3. 電解質(zhì)是NaCl溶液（中性電解質(zhì)）

負極的電極反應(yīng)式為：H2– 2e- = 2H

正極的電極反應(yīng)式為：O2 H2O 4e- = 4OH-

說明：

1.堿性溶液反應(yīng)物、生成物中均無H

2.酸性溶液反應(yīng)物、生成物中均無OH-

3.中性溶液反應(yīng)物中無H 和OH-

4.水溶液中不能出現(xiàn)O2-

二、甲烷燃料電池

甲烷燃料電池以多孔鎳板為兩極,電解質(zhì)溶液為KOH，生成的CO2還要與KOH反應(yīng)生成K2CO3，所以總反應(yīng)為：CH4 2KOH 2O2 = K2CO3 3H2O。

負極發(fā)生的反應(yīng)：CH4– 8e- 8OH- =CO2 6H2O CO2 2OH- = CO32- H2O，所以：

負極的電極反應(yīng)式為：CH4 10 OH- 8e- = CO32- 7H2O

正極發(fā)生的反應(yīng)有：O2 4e- = 2O2- 和O2- H2O = 2OH- 所以：

正極的電極反應(yīng)式為：O2 2H2O 4e- = 4OH-

說明：掌握了甲烷燃料電池的電極反應(yīng)式，就掌握了其它氣態(tài)烴燃料電池的電極反應(yīng)式。

三、甲醇燃料電池

甲醇燃料電池以鉑為兩極,用堿或酸作為電解質(zhì)：

1．堿性電解質(zhì)（KOH溶液為例）

總反應(yīng)式：2CH3OH 3O2 4KOH= 2K2CO3 6H2O

正極的電極反應(yīng)式為：3O2 12e- 6H2O=12OH-

負極的電極反應(yīng)式為：CH3OH-6e- 8OH- = CO32- 6H2O

2. 酸性電解質(zhì)（H2SO4溶液為例）

總反應(yīng): 2 CH3OH 3O2 = 2CO2 4H2O

正極的電極反應(yīng)式為：3O2 12e- 12H = 6H2O

負極的電極反應(yīng)式為：2 CH3OH-12e- 2H2O = 12H 2CO2

說明：乙醇燃料電池與甲醇燃料電池原理基本相同

四、 鋁–空氣–海水電池

我國首創(chuàng)以鋁–空氣–海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷被氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會發(fā)出耀眼的白光。

電源負極材料為：鋁；電源正極材料為：石墨、鉑網(wǎng)等能導(dǎo)電的惰性材料。

負極的電極反應(yīng)式為：

4Al－12e－=4Al3 ；

正極的電極反應(yīng)式為：

3O2 6H2O 12e－=12OH－

總反應(yīng)式為：4Al 3O2 6H2O=4Al(OH)3

說明:鋁板要及時更換,鉑做成網(wǎng)狀是為了增大與氧氣的接觸面積。