铝空气可行性电池探究设计

胡致平

摘 要：原电池工作原理及化学电源的相关知识是高中化学中十分重要的内容，这部分知识很好地体现了化学对实际生产、生活的重要价值，又是化学研究的热点。因此，探究设计各类高效电池是每位化学工作者常思考的问题。受原电池教学习题中一题目信息显示，有一种称为“软电池”的纸质电池，它采用一个薄纸片作为传导体。受此启发，笔者结合课本原电池的工作原理探究设计了几种铝空气高效电池。

关键词：原电池原理；高效电池；铝空气电池；探究设计

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 收稿日期：2015-12-24

基金项目：本课题为白银市教育科学“十二五”规划课题“新课标下农村中学化学可行性实验探究”（BY[2015]G048）。

近年高考实验题目主要以综合性探究实验为主，设置趣味电化学实验是近年高考的热点。但我们平时所演示的实验往往是固体和溶液反应或是气体与气体反应的燃料电池， 设计以固体与固体为反应物且适合在课堂上演示的原电池不常见，以往演示实验取材往往是在实验室里。笔者设计实验时选用材料多数来源于生活中常见的物质，做到了废物利用。

笔者借鉴设计一般燃料电池的方法，探究、设计、制作了新颖且易于演示的铝空气电池，并检验了所设计电池的工作状况，效果很好。

一、实验仪器及试剂

铝皮、铝箔、活性炭粉、废旧电池、碳棒、枯木炭、铝皮易拉罐、饱和食盐水、纱布、滤纸等。

二、电池工作原理

负极反应：Al-3e-=Al3+

正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-

总反应：4Al+3O2+6 H2O=4Al（OH）3

电极材料选择：负极铝皮或铝箔，正极活性炭。选活性炭的好处：活性炭疏松，能吸附大量的氧气，并且对铝与空气的反应有一定的催化作用。

三、电池的制作

1.包扎式电池的制作（层叠式电 池）

包扎式电池由四层组成：先铺一层铝箔，作为电池的负极，在其上面铺一层比它稍大的滤纸，在滤纸上面铺一层活性炭粉，以吸附更多氧气，滴上饱和食盐水作电解质，最后再铺一层滤纸，这样就做好了一个电池。为了获得更高的输出电压，重复以上操作几次，形成多池串联。中间插一碳棒，把多层结构与碳棒捆在一起。为了检验包扎式电池的工作情况，笔者将电池连接音乐盒，音乐盒发出优美、动听的音乐，在课堂上愉悦了学生心情，同时激发了学生学习的兴趣。

2.卷制式电池

取得更好的实验效果是每个化学老师努力的目标，为了使电池使用效果更好，笔者制作了卷制式电池。借鉴以往燃料电池的制作方法，在饱和食盐水浸泡的两层纱布中间包裹活性炭粉，把纱布绕在碳棒上，多次缠绕，以增加活性炭粉的量，吸附氧气的量也随之增加，在纱布的最外面卷上一层铝箔作负极。当然，为了获得更高的输出电压，也可以将多节电池串联。这种电池的使用效果很好，一节电池能带动一个小闹钟。

3.棒式电池

取一根废弃的干电池碳棒作正极，再取一张餐巾纸，紧紧地包裹在碳棒上，用饱和食盐水浸湿，再取一张铝箔紧紧地包裹在碳棒上面作负极，接上电流计检验，指针发生偏转。

4.高品质电池

取一个铝皮易拉罐，用剪刀剪去罐 盖，再用砂纸卷成筒状（有沙面朝外）， 磨掉易拉罐里的胶层，再取一张餐巾纸，使其紧贴罐壁，再倒入一些饱和食盐水，使其浸润餐巾纸，再插入一根木炭棒，并在其周围填上碎木炭，用木棒压实，直至装满为止。这种电池的输出电压较高，大概为1.5V，一节电池能带动一个小闹钟。

5.生活化电池制作

在制作生活化电池时，笔者选用铝易拉罐作负极，烧烤用的枯木炭作正极。具体制作方法为：在木炭的外面包上用饱和食盐水浸泡的纱布隔离木炭和易拉罐，把包有纱布的木炭伸进铝易拉罐。经过检验，该电池的输出电压很大，适合学生在家里自己动手实验，从而大大激发学生学习实验的兴趣，培养学生的动手能力，同时培养了学生勇于探索的精神。

本实验的负极铝没有毒性和危险性，铝对人体不会造成伤害，可以回收循环使用，不污染环境。铝的原材料来源丰富，有大规模的铝冶炼厂，生产成本较低。铝回收再生方便，回收再生成本也较低，而且可以采用更换铝电极的方法，来解决铝空气电池充电较慢的问题。该实验具有目的性、探索性、现实性和易感知性，可以加深学生对原电池工作原理的理解，提高学生学习该部分内容的兴趣，同时使学生感受到化学科技的魅力。该实验简单易行，学生可以轻松地自己动手完成，在生活中就能找到制作电池的材料，大大拉近了化学与学生的距离。