胡致平

摘 要：原電池工作原理及化學電源的相關(guān)知識是高中化學中十分重要的內(nèi)容，這部分知識很好地體現(xiàn)了化學對實際生產(chǎn)、生活的重要價值，又是化學研究的熱點。因此，探究設(shè)計各類高效電池是每位化學工作者常思考的問題。受原電池教學習題中一題目信息顯示，有一種稱為“軟電池”的紙質(zhì)電池，它采用一個薄紙片作為傳導體。受此啟發(fā)，筆者結(jié)合課本原電池的工作原理探究設(shè)計了幾種鋁空氣高效電池。

關(guān)鍵詞：原電池原理；高效電池；鋁空氣電池；探究設(shè)計

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 收稿日期：2015-12-24

基金項目：本課題為白銀市教育科學“十二五”規(guī)劃課題“新課標下農(nóng)村中學化學可行性實驗探究”（BY[2015]G048）。

近年高考實驗題目主要以綜合性探究實驗為主，設(shè)置趣味電化學實驗是近年高考的熱點。但我們平時所演示的實驗往往是固體和溶液反應或是氣體與氣體反應的燃料電池， 設(shè)計以固體與固體為反應物且適合在課堂上演示的原電池不常見，以往演示實驗取材往往是在實驗室里。筆者設(shè)計實驗時選用材料多數(shù)來源于生活中常見的物質(zhì)，做到了廢物利用。

筆者借鑒設(shè)計一般燃料電池的方法，探究、設(shè)計、制作了新穎且易于演示的鋁空氣電池，并檢驗了所設(shè)計電池的工作狀況，效果很好。

一、實驗儀器及試劑

鋁皮、鋁箔、活性炭粉、廢舊電池、碳棒、枯木炭、鋁皮易拉罐、飽和食鹽水、紗布、濾紙等。

二、電池工作原理

負極反應：Al-3e-=Al3+

正極反應：O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應：4Al+3O2+6 H2O=4Al（OH）3

電極材料選擇：負極鋁皮或鋁箔，正極活性炭。選活性炭的好處：活性炭疏松，能吸附大量的氧氣，并且對鋁與空氣的反應有一定的催化作用。

三、電池的制作

1.包扎式電池的制作（層疊式電 池）

包扎式電池由四層組成：先鋪一層鋁箔，作為電池的負極，在其上面鋪一層比它稍大的濾紙，在濾紙上面鋪一層活性炭粉，以吸附更多氧氣，滴上飽和食鹽水作電解質(zhì)，最后再鋪一層濾紙，這樣就做好了一個電池。為了獲得更高的輸出電壓，重復以上操作幾次，形成多池串聯(lián)。中間插一碳棒，把多層結(jié)構(gòu)與碳棒捆在一起。為了檢驗包扎式電池的工作情況，筆者將電池連接音樂盒，音樂盒發(fā)出優(yōu)美、動聽的音樂，在課堂上愉悅了學生心情，同時激發(fā)了學生學習的興趣。

2.卷制式電池

取得更好的實驗效果是每個化學老師努力的目標，為了使電池使用效果更好，筆者制作了卷制式電池。借鑒以往燃料電池的制作方法，在飽和食鹽水浸泡的兩層紗布中間包裹活性炭粉，把紗布繞在碳棒上，多次纏繞，以增加活性炭粉的量，吸附氧氣的量也隨之增加，在紗布的最外面卷上一層鋁箔作負極。當然，為了獲得更高的輸出電壓，也可以將多節(jié)電池串聯(lián)。這種電池的使用效果很好，一節(jié)電池能帶動一個小鬧鐘。

3.棒式電池

取一根廢棄的干電池碳棒作正極，再取一張餐巾紙，緊緊地包裹在碳棒上，用飽和食鹽水浸濕，再取一張鋁箔緊緊地包裹在碳棒上面作負極，接上電流計檢驗，指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

4.高品質(zhì)電池

取一個鋁皮易拉罐，用剪刀剪去罐 蓋，再用砂紙卷成筒狀（有沙面朝外）， 磨掉易拉罐里的膠層，再取一張餐巾紙，使其緊貼罐壁，再倒入一些飽和食鹽水，使其浸潤餐巾紙，再插入一根木炭棒，并在其周圍填上碎木炭，用木棒壓實，直至裝滿為止。這種電池的輸出電壓較高，大概為1.5V，一節(jié)電池能帶動一個小鬧鐘。

5.生活化電池制作

在制作生活化電池時，筆者選用鋁易拉罐作負極，燒烤用的枯木炭作正極。具體制作方法為：在木炭的外面包上用飽和食鹽水浸泡的紗布隔離木炭和易拉罐，把包有紗布的木炭伸進鋁易拉罐。經(jīng)過檢驗，該電池的輸出電壓很大，適合學生在家里自己動手實驗，從而大大激發(fā)學生學習實驗的興趣，培養(yǎng)學生的動手能力，同時培養(yǎng)了學生勇于探索的精神。

本實驗的負極鋁沒有毒性和危險性，鋁對人體不會造成傷害，可以回收循環(huán)使用，不污染環(huán)境。鋁的原材料來源豐富，有大規(guī)模的鋁冶煉廠，生產(chǎn)成本較低。鋁回收再生方便，回收再生成本也較低，而且可以采用更換鋁電極的方法，來解決鋁空氣電池充電較慢的問題。該實驗具有目的性、探索性、現(xiàn)實性和易感知性，可以加深學生對原電池工作原理的理解，提高學生學習該部分內(nèi)容的興趣，同時使學生感受到化學科技的魅力。該實驗簡單易行，學生可以輕松地自己動手完成，在生活中就能找到制作電池的材料，大大拉近了化學與學生的距離。