燃料電池のしくみ

　実験を見ました。
　水をまず、電気分解して水素と酸素を発生させる。
　
　それから、今度は電池の変わりに、豆電球をつなぐ。
　そうすると、
　「電気分解によって発生した酸素と水素が結びついて電気が発生する」とのことでした。
　・・・詳しい仕組みは分かりかねますが、
　「酸素と水素が化合する時に、電気エネルギーが発生（に、変わる）のだろうな。」　　一応、納得しました。

　ただ、ここで疑問に思いました。

　■酸素と水素さえあれば、そして電極をつないでやれば、酸素と水素はすぐに化合するのだろうか？
　
　にわかに信じられなかったのですが、、、そこに酸素と水素があれば、化合は、簡単に始まってしまうのでしょうか？

　どうぞ、よろしくお願い致します！

No.2 ベストアンサー 回答者： htms42 回答日時： 2009/10/03 10:33

水素と酸素は混ぜるだけでは反応しません。

火をつけてはじめて反応します。

水を電気分解して出てきた気体を混ぜたからといってすぐに水にもどるわけではありません。別々に取り出すことも出来ますが混合気体として取り出すことも出来ます。

見られた実験というのは多分、炭素電極を使った電気分解だと思います。
電気分解をしばらく続けた後、電池を取り外して代わりにモーターをつなぐとモーターが回ります。電極表面には発生した酸素、水素が吸着した状態になっています。分子状のものも、原子状のものもあるだろうと思います。これが電気分解の逆反応で元に戻ります。
希硫酸を使った電気分解の場合でしたら
４Ｈ^＋＋４ｅ^－→２Ｈ２　　
２Ｈ２Ｏ→Ｏ２＋４Ｈ^＋＋４ｅ^－　
ですから
逆反応は
２Ｈ２→４Ｈ^＋＋４ｅ^－
Ｏ２＋４Ｈ^＋＋４ｅ^－→２Ｈ２Ｏ
になります。
原子状で吸着しているとしたら
２Ｈ→２Ｈ^＋＋２ｅ^－
Ｏ＋２Ｈ^＋＋２^ｅ－→Ｈ２Ｏ
になります。原子状の水素は
Ｈ２←２Ｈ→２Ｈ^＋＋２ｅ^－
とどちら方向にも変化することが出来る中間状態になっているだろうと思います。
生じたＨ^＋が反対の極まで移動して水になるわけではありません。
一方の極ではＨ＋が消費されますが同じだけ他方の極で作られるのです。

表面に吸着しているものがなくなればもう電流は流れません。
吸着量は面積が大きいと多くなりますから大きな炭素電極の方が実験はやりやすいです。中学校や高等学校で使うような面積の小さい白金電極ではうまく見ることが出来ないかもしれません。

実用上でいうと
電極表面上に反応性の高い水素、酸素を大量に連続的に吸着させなければいけないということになります。普通の活性炭では間に合わないので触媒の工夫が必要でしょう。

この回答へのお礼

まさに、おっしゃるとおりの実験でした。
そこまで見抜いていただいて、助かりました。

水素と酸素が、吸着していなければだめである、、、というところが、今回の自分の疑問の核心部分だったということに、気づかせていただきました。

どうも、ご回答ありがとうございました。

お礼日時：2009/10/04 10:23

No.1 回答者： pasocom 回答日時： 2009/10/02 11:55

日本ガス協会のサイトにわかりやすい説明があります。

「●空気極と燃料極は気体を通す構造をしていて、反応に必要な酸素や水素がその中を通ります。
● 水素は電極中の触媒の働きで、電子を切り離して水素イオンになります。電解質はイオンしか通さないという性質を持っているため、切り離された電子は外に出て行きます。
●電解質の中を移動した水素イオンは、反対側の電極に送られた酸素と、外部から電線（外部回路）を通じて戻ってきた電子と反応して、水になります。
●この、「反応に関与する電子が外部回路を通ること」が原理の重要なポイントです。電子が電線を移動するということは、電流が流れるということ、つまり電気が発生するということなのです。」
http://www.gas.or.jp/fuelcell/contents/01_2.html
＞酸素と水素があれば、化合は、簡単に始まってしまうのでしょうか？
その答えは、上の「水素は電極中の触媒の働きで、電子を切り離して水素イオンになります。」というところがポイントです。「触媒」には通常、白金（プラチナ＝レア金属）が使われますが、これの働きで水素がイオン化するのです。イオン化しなければ化合しません。

この回答へのお礼

むむむ。
かなり、自分の中で答えがまとまってきました。
あとは、基礎知識がどうやら、自分には足りないようだというのと、、、
そして、もう少し自分の頭で考えれば、かなり理解できそうです・・。

どうも、ご回答ありがとうございました！

お礼日時：2009/10/02 12:48