1、 第29届湖北省青少年科技创新大赛（中学生科技创新项目） 项目编号 CH143001 设计背景探究与创新是我们高中生学习和生活的主旋律。在科学社会实践活动中，我选择了燃料电池这一热点课题作为探究的方向，主要想探讨氢氧燃料电池的工作原理、影响因素、构造设计、环境保护等问题。基本原理利用电解法在两极上分别产生氢气和氧气，然后使用氢气和氧气在燃料电池中发生氧化还原反应而形成电流，电流流经外电路使电器工作。 优化设计研究发现，前人设计的简易氢氧燃料电池（图A）虽然结构简单 ，但是产生的电压偏低，只能达到1.5V左右，放电效果不理想。我对传统的设计思路进行了改进，优化了燃料电池的结构，提高了电池的放电电
2、压，增强了电池的放电效果。设计中，主要探讨氢氧燃料电池放电电压与电解质溶液浓度、电极间距离、电极吸附面积的关系。探究发现，只要选择合适浓度的电解质溶液，合适规格的电极以及间距，就能够有效的提高燃料电池的工作电压。我选择电解质溶液为2mol/L的Na2SO4溶液；两极间距离尽可能接近（两极间用带孔薄塑料板隔开，接近零）；使用大石墨电极（规格为2.5cm16cm，使用前要灼烧、淬火，以增大其吸附面积），设计了简易氢氧燃料电池实验装置（图B），其放电电压可到达3.0伏左右，放电实验效果很好。 设计特点构思巧妙：利用电解原理产生的H2和O2作为氢氧燃料电池的电极反应物，融电解池与原电池于一体，有利于启
3、发同学们的思维，加强对比分析，突出了对重难点的理解和掌握。方法科学：充分考虑了影响燃料电池电压的主要因素，突出三个方面设计，即用“高浓度”（增大电解质溶液的浓度）来增强溶液导电性，用“大容量”（大电极，吸附面积大）来扩充电池的能量，用“短距离”(尽量缩短两电极间的距离)来减小电池的内阻。达到了大幅升压的效果。贴近生活：该设计突出了绿色化学的环保理念，宣讲了清洁能源的时代主题。操作简单：该装置取材于生活，结构简单，原理清晰，操作方便。效果显著：该电池输出电压可以达到3.0伏，比一般自制氢氧燃料电池1.5伏的电压要高很多。 推广使用 该作品集教学、科研、科普于一身，有很大的推广价值。（1）用于氢氧
4、燃料电池原理的教学和研究，形象、直观。（2）用于燃料电池的制作研究，可以作为学生科研活动的课题，有很大的科研价值。（3）宣讲环境保护，提倡绿色化学。（4）可作为科学技术宣传教育的素材，已经制作成教具在教学中推广使用。 实验剪影 简易氢氧燃料电池的优化设计 设计简介 图A：基本设计操作：实验前S1和S2均断开。先闭合S1,接通直流电源（6伏），两电极分别产生H2和O2，当两电极产生明显气泡时(电解时间大约3分钟)，再断开S1,闭合S2，发光二极管发光（下同）。S1+_电解质溶液发光二极管S2直流电源石墨电极 +_带孔胶板 石墨大电极电解质溶液发光二极管S1S2直流电源+_小饮料瓶 石墨大电极电解质溶液小石英钟S1S2直流电源 图B：优化设计 主要特点：结构简单，操作方便，放电电压高，实验效果显著，用途广泛。 图C：后续设计 主要特点：在两支电极上各套一个底端开口的小饮料瓶，便于收集气体。节省气体，绿色环保。
