基本介紹
- 中文名：甲烷燃料電池
- 外文名：Methane fuel cell
- 可使用燃料：純氫氣、甲醇、乙醇、天然氣
- 主要原料：沼氣CH4
- 原理：化學反應
簡介,反應方程式,套用歷史,燃料電池的優點與缺點,甲烷燃料電池發展前景,
簡介
甲烷（CH4）燃料電池就是用沼氣（主要成分為CH4）作為燃料的電池，與氧化劑O2反應生成CO2和H2O.反應中得失電子就可產生電流從而發電。美國科學家設計出以甲烷等碳氫化合物為燃料的新型電池，其成本大大低於以氫為燃料的傳統燃料電池。燃料電池使用氣體燃料和氧氣直接反應產生電能,其效率高、污染低，是一種很有前途的能源利用方式。但傳統燃料電池使用氫為燃料,而氫既不易製取又難以儲存，導致燃料電池成本居高不下。
科研人員曾嘗試用便宜的碳氫化合物為燃料,但化學反應產生的殘渣很容易積聚在鎳制的電池正極上,導致斷路。美國科學家使用銅和陶瓷的混合物製造電池正極,解決了殘渣積聚問題。這種新電池能使用甲烷、乙烷、甲苯、丁烯、丁烷等5種物質作為燃料。
反應方程式
鹼性介質下的甲烷燃料電池
負極：CH4+10OH- - 8e-===CO32- +7H2O
正極：2O2+8e-+4H2O===8OH-
總反應方程式為：CH4+2O2+2OH-===CO32-+3H2O
酸性介質下的甲烷燃料電池
負極：CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+
正極：2O2+8e-+8H+===4H2O
總反應方程式為：2O2+CH4===2H2O+CO2
反應情況：
1.隨著電池不斷放電，電解質溶液的酸性減小；
2.通常情況下，甲烷燃料電池的能量率大於甲烷燃燒的能量利用率。
甲烷燃料電池化學方程式
CH4+2O2+2OH-==CO32-+3H20
①就是CH4在O2中燃燒，生成的CO2和OH-反應生成CO32-
正極在鹼性條件下的反應一定是：O2+4e-+2H2O==4OH-
②將總反應式減去正極反應式得到負極反應式，並將O2消去
將總反應式減去正極反應式得到CH4-8e--4H2O+2OH-==CO32-+3H2O-8OH-
移項得到負極反應式：CH4+10OH--8e-==CO32-+7H20
套用歷史
燃料電池是一個電池本體與燃料箱組合而成的動力機制。燃料的選擇性非常多，包括純氫氣(H2)、甲醇（CH3OH）、乙醇（CH3CH2OH）、天然氣，甚至於現在運用最廣泛的汽油，都可以作為燃料電池的燃料。這是目前其他所有動力來源無法做到的。而以燃料電池做為汽車的動力，已被公認是二十一世紀必然的趨勢。
燃料電池則是以具有可燃性的燃料與氧反應產生電力；通常可燃性燃料如瓦斯、汽油、甲烷（CH4）、乙醇（酒精）、氫等這些可燃性物質都要經過燃燒加熱水使水沸騰，而使水蒸氣推動渦輪發電，以這種轉換方式大部分的能量通常都轉為無用的熱能，轉換效率通常只有約30%，相當的低，而燃料電池是以特殊催化劑使燃料與氧發生反應產生二氧化碳（CO2）和水（H2O），因不需推動渦輪等發電器具，也不需將水加熱至水蒸氣再經散熱變回水，所以能量轉換效率高達70%左右，足足比一般發電方法高出了約40%；優點還不只如此，二氧化碳排放量比一般方法低許多，水又是無害的產生物，是一種低污染性的能源。
甲烷做燃料電池電極方程式溶液
CH4 + 2KOH+ 2O2 = K2CO3 + 3H2O。
負極：CH4 – 8e- + 10OH- == CO32- +7H2O，
正極：2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH-
燃料電池的優點與缺點
優點：
1. 低污染：使用氫氣與氧氣作為燃料，生成物只有水和熱，若使用烴類生成水，二氧化碳和熱，沒有污染物。
2. 高效率：直接將燃料中的化學能轉換成電能，故不受卡諾循環的限制。 3. 無噪音：電池本體在發電時，無需其他機件的配合，因此沒有噪音問題。 4. 用途廣泛：提供的電力範圍相當廣泛，小至計算器大至發電廠。
5. 無需充電：電池本體中不包含燃料，只需不斷地供給燃料便可不停地發電。
缺點：
1. 燃料來源不普及：氫氣的儲存可說是困難又危險，而甲醇、乙醇、或天然氣
缺乏供應系統，無法方便的供應給使用者。
2. 無標準化的燃料：現今市面上有以天然氣、甲烷、甲醇與氫氣等作為燃料的
電池，雖然提供消費者很多種選擇，但因為沒有單一化及標準化的燃料，要能夠營利是困難的，而且燃料種類的更換有可能使現有的供應系統進行改裝，產生額外的費用。
3. 體積太大：目前的燃料電池體積都還過大攜帶不方便。
4. 成本過高：目前燃料電池使用可以提高發電的效率的材料，但成本也就相對的高，不過經由製造技術的改進及量產，成本已下降許多。
甲烷燃料電池發展前景
燃料電池是一個電池本體與燃料箱組合而成的動力機制。燃料的選擇性非常高，包括純氫氣（H2）、甲醇（CH3OH）、乙醇（CH3CH2OH）、天然氣，甚至於現在運用最廣泛的汽油，都可以作為燃料電池的燃料。這是目前其他所有動力來源無法做到的。而以燃料電池做為汽車的動力，已被公認是廿一世紀必然的趨勢。
燃料電池則是以具有可燃性的燃料與氧反應產生電力；通常可燃性燃料如瓦斯、汽油、甲烷（CH4）、乙醇（酒精）、氫等這些可燃性物質都要經過燃燒加熱水使水沸騰，而使水蒸氣推動渦輪發電，以這種轉換方式大部分的能量通常都轉為無用的熱能，
轉換效率通常只有約30%相當的低，而燃料電池是以特殊催化劑使燃料與氧發生反應產生二氧化碳（CO2）和水（H2O），因不需推動渦輪等發電器具，也不需將水加熱至水蒸氣再經散熱變回水，所以能量轉換效率高達70%左右，足足比一般發電方法高出了約40%；優點還不只如此，二氧化碳排放量比一般方法低許多，水又是無害的產生物，是一種低污染性的能源。
