能源科技教育模組

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一起鹽究新未來

資源連結
資源出處
能源科技教育模組(高中組)
作者
劉啟聰、方超吾
服務單位
教育部能源科技人才培育計畫
上傳日期/出版日
2018-08-14

資源內容

  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。

適用領域或議題

自然領域、科技領域、能源議題

適用對象

教學者

適用年級

高中一年級

先備知識/能力

國中七年級至九年級 Ba- Ⅳ -1 能量有不同形態,如動能、熱能、光能、電能、化學能等,而且彼此之間可以轉換。孤立系統的能量在轉換過程中總能量會維持定值。 Ba- Ⅳ -4 電池是化學能轉變成電能的裝置。 Bb- Ⅳ -7 熱會改變物質形態,如狀態產生變化、體積發生脹縮。 INa- Ⅳ -1 能量有多種不同的形式。 INa- Ⅳ -3 科學的發現與新能源,其對生活及社會的影響。 INa- Ⅳ -4 生活中各種能源的特性及其影響。 INg- Ⅳ -1 地球上各系統的能量主要來源是太陽,且彼此之間有流動轉換。 INg- Ⅳ -8 氣候變遷產生的衝擊是全球性的。 Jc- Ⅳ -6 鋅銅電池實驗認識電池原理與廣義的氧化與還原反應。 Jc- Ⅳ -7 化學電池的放電與充電。 Je- Ⅳ -2 可逆反應。 Kc- Ⅳ -5 載流導線在磁場會受力,並簡介電動機的運作原理。 Ma- Ⅳ -4 各種發電方式與新興的能源科技對社會、經濟、環境與生態的影響。 Me- Ⅳ -4 溫室氣體與全球暖化。 Na- Ⅳ -6 人類社會的發展必須建立在保護地球自然環境的基礎上。 Nc- Ⅳ -4 新興能源的開發,例如:風能、太陽能、汽電共生、生質能、燃料電池等。 Nc- Ⅳ -5 新興能源的科技,例如:油電混合動力車、太陽能飛機等。

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