鋁空氣可行性電池探究設(shè)計(jì)

胡致平

摘 要：原電池工作原理及化學(xué)電源的相關(guān)知識是高中化學(xué)中十分重要的內(nèi)容，這部分知識很好地體現(xiàn)了化學(xué)對實(shí)際生產(chǎn)、生活的重要價值，又是化學(xué)研究的熱點(diǎn)。因此，探究設(shè)計(jì)各類高效電池是每位化學(xué)工作者常思考的問題。受原電池教學(xué)習(xí)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(dǎo)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(jì)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(jì)

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 收稿日期：2015-12-24

基金項(xiàng)目：本課題為白銀市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“新課標(biāo)下農(nóng)村中學(xué)化學(xué)可行性實(shí)驗(yàn)探究”（BY[2015]G048）。

近年高考實(shí)驗(yàn)題目主要以綜合性探究實(shí)驗(yàn)為主，設(shè)置趣味電化學(xué)實(shí)驗(yàn)是近年高考的熱點(diǎn)。但我們平時所演示的實(shí)驗(yàn)往往是固體和溶液反應(yīng)或是氣體與氣體反應(yīng)的燃料電池， 設(shè)計(jì)以固體與固體為反應(yīng)物且適合在課堂上演示的原電池不常見，以往演示實(shí)驗(yàn)取材往往是在實(shí)驗(yàn)室里。筆者設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(jì)一般燃料電池的方法，探究、設(shè)計(jì)、制作了新穎且易于演示的鋁空氣電池，并檢驗(yàn)了所設(shè)計(jì)電池的工作狀況，效果很好。

一、實(shí)驗(yàn)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(fù)極反應(yīng)：Al-3e-=Al3+

正極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應(yīng)：4Al+3O2+6 H2O=4Al（OH）3

電極材料選擇：負(fù)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(yīng)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(fù)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(fù)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(yàn)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(xué)生心情，同時激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.卷制式電池

取得更好的實(shí)驗(yàn)效果是每個化學(xué)老師努力的目標(biāo)，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(fù)極。當(dāng)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(fù)極，接上電流計(jì)檢驗(yàn)，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(shí)，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(fù)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(jìn)鋁易拉罐。經(jīng)過檢驗(yàn)，該電池的輸出電壓很大，適合學(xué)生在家里自己動手實(shí)驗(yàn)，從而大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，同時培養(yǎng)了學(xué)生勇于探索的精神。

本實(shí)驗(yàn)的負(fù)極鋁沒有毒性和危險(xiǎn)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(shí)驗(yàn)具有目的性、探索性、現(xiàn)實(shí)性和易感知性，可以加深學(xué)生對原電池工作原理的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容的興趣，同時使學(xué)生感受到化學(xué)科技的魅力。該實(shí)驗(yàn)簡單易行，學(xué)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(xué)與學(xué)生的距離。