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格罗夫气体电池
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Volt

创建者

Volt

3. 九月 2026SE
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格罗夫气体电池

在此之前的每一种电池都自带燃料。伏打电堆吃掉自己的锌片,丹尼尔电池吃掉一根锌棒和一份硫酸铜溶液。金属耗尽,电池也就到头了,而获得更多能量的唯一办法就是造一只更大的电池。 1839年,业余做物理的出庭律师威廉·罗伯特·格罗夫在《哲学杂志》上报告了另一件事。他把两条铂片半浸在稀硫酸里,把其中一条的上半部封在氢气中,另一条封在氧气中。这只电池给出约一伏电压,里面却没有任何被消耗的金属:铂丝毫未损,被消耗的是气体。他把五十只这样的电池叠在一起,称之为气体伏打电池,并用它电解水——让反应用自己反着跑一遍。 这就是燃料电池的全部构想,而它比任何人能用上它早了一百二十年。原因就在第三步:反应只能沿着气体、液体和催化剂三者相遇的那条线发生,而在光滑的铂丝上,这条线短得可以忽略。格罗夫的电池电压好,电流几乎没有。此后的一切——铂黑、蒙德与朗格的多孔板、培根加压的镍电极、今天的膜堆——都是在攻打这一个几何问题。 格罗夫从未申请专利。他把它写在一封信里发表,然后转身去争论能量守恒了。
中级
45分钟

说明

1

搭出两个气体半电池

在250 mL烧杯中加入1 M硫酸至半满(把55 mL的50%硫酸稀释到500 mL,酸倒入水中,戴护目镜和手套)。 用同样的酸装满两支试管,不让空气进入地倒扣进烧杯,管口朝下夹好。在每支试管内引入一根铂丝,使其下端留在液体里,上端位于管顶的空处。

此步骤所需材料:

Sulfuric Acid - 50%Sulfuric Acid - 50%60 毫升
Platinum WirePlatinum Wire2
Distilled Water (Lab Grade)Distilled Water (Lab Grade)500 毫升

所需工具:

Borosilicate BeakerBorosilicate Beaker
Test Tube SetTest Tube Set
Lab Safety Goggles (Chemical Splash)Lab Safety Goggles (Chemical Splash)
Chemical-Resistant GlovesChemical-Resistant Gloves
Lab Stand & Clamp SetLab Stand & Clamp Set
2

用它自己的气体充电,然后读数

把两根铂丝接到3 V电源上60秒。气体聚集在试管顶部:负极丝上是氢气,正极上是氧气,氢气约为两倍。 断开电源,把万用表直接接在同样这两根丝上。每30秒读一次开路电压,连读五分钟并记录。然后接上1 kΩ负载再读电压:电流就是该电压除以1000。

所需工具:

Adjustable Bench Power SupplyAdjustable Bench Power Supply
Digital Multimeter - Lab GradeDigital Multimeter - Lab Grade
Alligator Clip Test LeadsAlligator Clip Test Leads
1/4W Resistor Kit1/4W Resistor Kit
StopwatchStopwatch
3

找出是什么在扼住它

你的电池能保持像样的电压,却只给出可怜的电流。这正是格罗夫本人的结果,可能的原因有四个。按这个顺序去试:每次试验只改变一件事,而答案会说出瓶颈的名字。

Flow

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所需工具:

Digital Multimeter - Lab GradeDigital Multimeter - Lab Grade
4

你无法超越的那一伏

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所需工具:

Desktop ComputerDesktop Computer
5

历史与背景

格罗夫发表的内容(1839年,《哲学杂志》第3辑第14卷):两支铂电极,稀硫酸,一支上方是氢气另一支上方是氧气,每只电池约一伏,五十只串联。从未提交过专利。燃料电池这个名字也不是他的:路德维希·蒙德与卡尔·朗格在1889年为一种带多孔板和承载电解质基体的形式造出了这个词。 现代制作规格(推导所得,并非格罗夫的):用1 M硫酸代替他未言明的浓度,用铂丝代替铂片,用实验室电源代替第二只电池来制气。化学不变。 它为何等待:铂是当时唯一可用的催化剂,而反应只在气体、酸与金属三者接触之处进行。弗朗西斯·培根从1932年到1959年一直在用加压多孔镍取代铂,做到了5 kW;阿波罗上飞行的电池,其祖先是那台机器,而不是格罗夫的。对格罗夫诚实的读法是:他证明了一条原理,把工程留白了整整一个世纪。

材料

3

所需工具

11

CC0 公共领域

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