教學設計理念
本模組將從電池原理逐一探究,分為三個單元來安排教學,分別為: 伏打電池介紹操作、鹽水車原理與製作、未來能源薄膜電池的介紹,希望透過本模組讓學生更了解化學能的基本認識,並且理解燃料電池的構造與現今的發展應用,在配合相關動手做的課程,引發高中生對於能源科技探索的興趣。
本模組為讓學生對於化學能電池有所認識,先從出身於義大利的物理教授亞力山卓伏打(Alessandro Volta, 1745~1827)出發,這位科學家是第一位發展出化學電池的人。早在 1880 年發明了第一個電池稱為伏打電堆(VoltaicPile);透過科學史並述說其科學原理,引發學生對於能源科技的好奇心。
在動手做方面,主要使用鹽水燃料電池進行相關教學,由於能量來源為金屬和鹽水,鹽水燃料電池又可稱為金屬空氣燃料電池,又可簡稱為「鹽水燃料電池」。其發電原理為空氣中的氧氣進入燃料電池中,與燃料電池內的鹽水、鎂鋁金屬產生電化學反應,因而產生微電流,並且伴隨著微量的氫氣產生。發電過程中,鹽水將會消耗減少,然而只要源源不絕地提供燃料,燃料電池就能不停地產生電力,所以是未來具有淺力的綠色新興能源。
模組最後將介紹較新穎的薄膜 燃料電池,它是使用逆轉電透析的程序,把陰離子薄膜與陽離子薄膜交錯配置於槽體中,其中也交錯導入淡水與海水至陰、陽離子薄膜之間,由於擴散作用,海水中的鹽分會透過薄膜進入淡水中。然而解離的鹽類產生的陽離子只能通過陽離子薄膜,而由陽離子薄膜這一方進入淡水,陰離子則由另一側透過陰離子薄膜進入淡水,如此一來,在兩個電極之間就會因電荷分離而產生電壓,這就是化學電池的一種類型。
關於學生學習評量的部分,會請學生閱讀科普文本資料與自行上網找尋燃料電池相關資訊,再撰寫相關學習單與讀後心得,並且將動手做實驗結果加以整理成完整的報告。