因應綠色能源當道 同學們是否有發現這幾年路上交通工具 電動車、電動機車變多了呢？ 這些電動交通工具的動力來源 不再是使用內燃機將汽油的化學能變為動能 而是電動車內部的電池 直接將電能輸出為動能 大幅降低交通運輸過程中排放的廢氣及廢熱呢！ 而同學們知道電動交通工具的電池 和我們平常生活中遙控器 鬧鐘使用的電池原理相同嗎？ 就讓我們來詳加介紹囉！ 讓我們先來看看市售電池的分類 可將化學能轉換為電能的裝置 稱為化學電池或電化電池 化學電池的種類有很多種 一般可分成以下三大類： 分別是一次電池、二次電池與燃料電池 一次電池沒電時 無法充電再利用 例如：碳鋅電池和鹼性電池…等 二次電池為電池沒電時可以充電再利用者 例如：鉛蓄電池及鋰離子電池…等 燃料電池則是藉由添加燃料維持其電力 而非充電再利用 認識完電池的分類 接著要來詳細介紹本單元重點「一次電池」 第一個商用一次電池是由法國科學家勒克朗社發明 電池的陽極材料是鋅 陰極材料是碳棒 故稱為碳鋅電池 又稱勒克朗社電池 當時主流電池是鉛酸電池 能夠產生大電流放電且電壓穩定 但因為笨重、高毒性 所以不適合家庭使用 勒克朗社電池的最初樣貌如畫面所示 他在設計電池時 考量負極需提供電子進行氧化反應 通常為金屬成分 所以改用易失去電子 但不易與環境進行反應的「鋅」作為負極 正極則為可接受電子的材料 使用惰性電極碳棒 將其浸在碳和二氧化錳混合物中 電解液則選用氯化銨 大幅降低鉛酸電池 使用鉛和硫酸產生的笨重和毒性的缺點 勒克朗社最初的電池設計 經多位科學家微調優化後 調整為畫面中目前市面普及的碳鋅電池： 鋅電極與碳棒之間填滿了氯化銨 二氧化錳、氯化鋅和澱粉等物質 因為內部有糊狀物 故又稱為乾電池 當電池與導線和燈泡連接形成通路時 陽極的半反應如畫面所示 陽極失去的電子 會經外電路到達碳棒 電解液中的銨離子會進行還原 產出氨氣與氫氣 由於氨氣易溶於水 可較快排除 但氫氣會附著在電極表面 影響電解液導電性 稱為極化現象 因此 設計電池時可加入二氧化錳 二氧化錳可使氫氣氧化成水 就可以去除極化現象的發生 而水中的氨分子 也和鋅離子形成錯離子後排除 碳鋅電池平均電壓約1.5伏特 屬於小功率供電的電池 適合用於功率不大的設備 像是遙控器、玩具、鬧鐘等物品 請由上述教學內容推導酸性乾電池放電的全反應式為何？ 將剛才酸性乾電池放電的四式反應式累加後 將左右相同物質 也就是同色者刪除 即可得全反應式如畫面所示 請由上述教學內容推導酸性乾電池放電中 二氧化錳擔任的角色有下列哪些？ 因為二氧化錳可使氫氣氧化成水 所以二氧化錳為氧化劑 而吸收氫氣的同時 也減緩電池的極化現象 因此二氧化錳也是去極劑 故選 而二氧化錳參與反應後變成三氧化二錳 不是催化劑 且二氧化錳難溶於水 故無法作為鹽橋 為了改善酸性電池放電時 鋅離子及電解質濃度不固定造成的電壓不穩 科學家們將碳鋅電池中的氯化銨等電解質改為氫氧化鉀 並使用鋅粉作為負極 以增加接觸面積 製作了鹼性電池 鹼性電池的電壓約為1.6伏特 在放電過程中 因為陽極消耗電解質中的氫氧根離子 陰極則放出氫氧根離子 氫氧根離子的濃度維持不變 相較於酸性乾電池 可得到比較穩定的電流與電壓 鹼性電池適合耗電量大 需要快速啟動或長時間使用的設備 像是刮鬍刀、遙控玩具等 上述乾電池因攜帶方便且供電穩定 是許多家庭小電器的基本配備 但因電解液不論為酸或強鹼 對鋅殼具有反應性 我們就一起來認識並想辦法避免囉！ 狀況一： 高溫或外力撞擊使兩極接縫處變形 易造成漏液的現象 狀況二： 碳鋅乾電池若用於瞬間電流較大的電器 或長時間連續供電 當產生的氣體來不及去除 就容易造成電壓不穩定只要讓電池先休息一段時間 等氣體被吸收較完全後 就能繼續供電！ 狀況三： 當電器長時間未使用、電池未取出 電池長期處在微弱放電下 出現過度放電 易造成電池外殼破損導致電解液漏出 當電器長時間不使用 鹼性乾電池比酸性乾電池更容易漏液 所以電器不用時記得將內部的電池取出喔！ 同學們思考看看 為什麼鹼性乾電池漏液問題比酸性乾電池嚴重呢？ 由於鋅是兩性金屬 與酸或鹼性溶液均可反應 但酸性乾電池的電解液氯化銨、氯化鋅屬於弱酸 而鹼性乾電池的電解液氫氧化鉀 屬於強鹼 故反應性較酸性乾電池強 漏液狀況也比較嚴重 一次電池沒電後 不可與家庭垃圾一起丟棄喔！ 需另外將廢電池回收處理 但同學們知道哪些單位有回收廢電池呢？ 以下單位都有回收廢電池： 像是量販店、超級市場或是生活中常會去的7-11 屈臣氏或資源回收車都有 可以依照大家的便利性來選擇 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 商用電化電池可分為： 無法充電的一次電池 可充放電的二次電池及燃料電池 酸性乾電池與鹼性乾電池的比較如表格所示 其主要差異為電解質不同 酸性乾電池使用氯化銨 鹼性乾電池使用氫氧化鉀 不論酸性或鹼性乾電池均有漏液的問題 不使用時均需自電器移除 廢電池裡面有可再利用的金屬或金屬氧化物需回收 請同學們想想 電池回收後可如何取得內部材料呢？ 同學們可自行上網找尋答案 我們下次見 Bye bye！