燃料电池是指燃料“燃烧”过程中把化学能直接转化为电能的装置。燃料“燃烧”和其它电池中的氧化—还原反应一样都是自发的化学反应。由于燃料电池不会燃烧出火焰，也没有旋转发电机，所以燃料的化学能直接转化为电能。这一过程具有以下优点：

    1、这一过程是把化学能直接转化为电能而不经过热能这一中间形式，所以它的电效率比任何其它形式的发电技术的电效率都高。

    2、废气如SO₂、NO_x和CO的排放量极低，减少了对环境的污染。

    3、由于燃料电池中无运动部件，燃料电池工作时很安静且无机械磨损。

    1995年，零排放车载燃料电池被美国《时代》杂志列为21世纪改变人类生活的十大高科技之首。当前一些科学家热衷研究以丁烷、甲醇为燃料的燃料电池。而对于高中学生而言，掌握燃料电池的原理及电极方程式的书写则是当务之急，同时又是电化学知识中的重难点。

    一、燃料电池的原理
    燃料电池是一个电化学系统。它将化学能直接转化为电能且废物排放量很低。燃料电池由3个主要部分组成：

    燃料电极（负极）；电解液；空气／氧气电极（正极）。

    以氢氧燃料电池为例，其工作原理是：氢气(燃料)从负极处失去电子（燃料被电化学氧化掉，或称“燃烧掉了”），这些负电子从外电路流到导电的正极；同时，余下的正离子（氢离子）通过电解液被送到正极。在正极，离子与氧气发生反应并从正极获得电子。

    二、电极方程式的书写

    所有燃料电池的工作原理都是一样，其电极方程式的书写也同样有规律可循，一共分为三步。现小结如下：

    第一步：正确书写出燃料与氧气燃烧的总化学方程式，不带燃烧反应条件。

    第二步：正极电极方程式的书写。因为正极都是氧化剂氧气参与的还原反应，具体反应情况与电解质状态、电解质溶液的酸碱性有关。这是非常重要的一步，必须记忆。现将与电解质有关的四种情况归纳如下：

   1、电解质溶液呈酸性，电极方程式为

   正极：O₂+4e^-+4H⁺＝2H₂O。

   2、电解质溶液呈中性、碱性，电极方程式为

   正极：O₂+2H₂O+4e^-＝4OH^-。

   3、电解质为熔融碳酸盐，电极方程式为

   正极：O₂ + 2CO₂ + 4e^- ＝2CO₃^2-。

   4、电解质为固体氧化物，电极方程式为

   正极：O₂+4e^-＝2O^2-。

   具体的正极电极方程式应注意乘上与对应的总反应方程式中氧气前的系数。

   第三步：负极电极方程式的书写：用燃料燃烧的总化学方程式减去乘上一定系数的正极电极方程式，即得负极电极方程式。

    例1：(1)、今有2H₂+O₂ 2H₂O反应。构成燃料电池，则负极通的应是：           ，正极通的应是：            ，电极方程式为：                   

            ；                      。

    解析：解决此题的关键是弄清原电池的有关概念，根据反应式可知H₂在反应中被氧化，O₂被还原。H₂应在负极发生反应，O₂在正极反应。电极方程式的书写运用上述三个步骤，分析如下：

    第一步：燃料与氧气燃烧的总化学方程式为

    2H₂+O₂ 2H₂O                         ①

    第二步：电解质溶液呈碱性，则

    正极：O₂+2H₂O+4e^-＝4OH^-                     ②

    第三步：负极的电极方程式为：①－②得

    负极：2H₂+4OH^-－4e^-＝4 H₂O

   (2)、如把KOH改为用稀H₂SO₄作电解质溶液，则电极反应式为：                ，                         。

   解析：方法如上：

   第一步：燃料与氧气燃烧的总化学方程式为

    2H₂+O₂ ==2H₂O                            ①

   第二步：电解质溶液呈酸性，则

    正极：O₂+4e^-+4H⁺＝2H₂O                ②

   第三步：负极的电极方程式为：①－②得

    负极：2H₂－4e^-＝4 H⁺

    (3)、如把H₂改为CH₄，KOH作导电物质，则电极反应式为：                       ，                                。

    解析：因为CH₄燃烧后有CO₂生成，而CO₂又能与KOH发生反应，所以总反应方程式应包含CO₂与KOH的反应。

    第一步：燃料与氧气燃烧及生成物与KOH反应的总化学方程式为

    CH₄+ 2O₂+2 OH^-＝CO₃^2-+3 H₂O        ①

    第二步：电解质溶液呈碱性，但总反应方程式中氧气的系数是2，所以应乘上2，则

    正极：2O₂+4H₂O+8e^-＝8OH^-                   ②

    第三步：负极的电极方程式为：①－②得

    负极：CH₄+10OH^--8e^-＝ CO₃^2-+7H₂O

    例2、(2000年苏、浙、吉理科综合题)熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受至重视，可用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物作为电解质，CO为负极燃气，空气与CO₂的混合气体为正极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池。完成有关的电池反应式:负极反应式：2CO+2CO₃^2-－4e^-＝4CO₂，正极反应式：                    ，总反应方程式：                     。

解析：原电池负极上发生的反应通常都是还原剂发生的氧化反应，正极是氧化剂发生的还原反应，本题中CO₂参与正极的变化在题目中已明确表示。

    第一步：燃料与氧气燃烧的总化学方程式为

     2 CO+ O₂＝2CO₂                              ①

    第二步：题中已明确告知负极反应式

    负极：2CO+2CO₃^2-－4e^-＝4CO₂               ②

    第三步：正极的电极方程式为：①－②得

    正极：O₂+2CO₂+4e^-＝2CO₃^2-