[科普中国]-钡燃料电池

钡燃料电池具有比能量高、使用安全方便、原材料来源丰富、成本低、燃料易于贮运、可使用温度范围宽及污染小等特点。作为一种高能化学电源，拥有良好的应用前景，因此很多研究学者与单位对其进行了研究。钡是位于元素周期表第二主族的元素，属于碱土金属元素。钡与镁的性质相似，因此钡燃料电池一定程度上可以参考镁燃料电池。而目前由于金属镁比钡更容易获得，故钡燃料电池的研究情况不如镁燃料电池。1

反应原理钡燃料电池主要由钡合金阳极，中性盐电解质和空气(氧气或其它氧化剂)阴极三部分组成。钡以及钡合金是非常活泼的金属，适合用作阳极材料。阴极氧化剂可以利用空气或者海水中的氧，还有过氧化氢和次氯酸盐等，根据氧化剂不同，目前研究的燃料电池可分为钡-空气燃料电池，钡-过氧化氢燃料电池，钡-次氯酸盐燃料电池。

钡-空气燃料电池1.中性盐条件下钡-空气燃料电池的放电反应机理如下：

阳极反应：Ba→Ba2++2e－

阴极反应：O2+ 2H2O+ 4e－→4OH－

电池总反应：Ba +1/2O2+H2O→Ba(OH)2

2.中性盐电解质钡-空气燃料电池的寄生反应：

析氢反应：Ba+2H2O→Mg(OH)2+H2↑

钡-过氧化氢燃料电池1.中性盐电解质钡-过氧化氢燃料电池的放电反应：

阳极反应：Ba→Ba2++ 2e－

阴极反应：OH－+H2O+ 2e－→3OH－

电池总反应： Ba+OH－+H2O→Ba2++3OH－

2.中性盐电解质钡-过氧化氢燃料电池的寄生反应：

分解反应：2H2O2→2H2O+O2↑

沉淀反应：Ba2++ 2OH－→Ba(OH)2(s) ，Ba2++CO32－→BaCO3(s)

析氢反应：Ba+2H2O→Ba(OH)2 +H2↑

3.酸性条件下钡-过氧化氢燃料电池的放电反应机理如下：

阳极反应：Ba→Ba2++ 2e－

阴极反应：H2O2+2H++ 2e－→2H2O

电池反应：Ba+H2O2+2H+→Ba2++2H2O

钡-次氯酸盐燃料电池1.中性盐电解质钡-次氯酸盐燃料电池的放电反应：

阳极反应：Ba→Ba2++2e－

阴极反应：ClO－+ H2O+2e－→Cl－+2OH－

电池总反应：Ba+ClO－+H2O→Cl－+2OH－

2.中性盐电解质钡-次氯酸盐燃料电池的寄生反应：

分解反应：2ClO－→Cl－+ClO2－

沉淀反应：Ba2++2OH－→Ba(OH)2(s) ，Ba2++CO32－→BaCO3(s)

析氢反应：Ba+2H2O→Ba(OH)2 +H2↑2

应用前景钡燃料电池作为一种环境友好的高性能电源，特别是中性盐或海水电解质钡燃料电池系统，有着优良的性能价格比。可以通过开发各种新型的钡合金阳极、阴极电催化剂和电解质添加剂以及优化阴极结构，使钡燃料电池的研究能够获得突破性的进展。钡燃料电池在可移动电子设备电源、自主式潜航器电源、海洋水下仪器电源和备用电源等方面，具有非常广阔的应用前景。

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学