池的研究成果--02-內文

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1、銅鋅協力—高能量鋅銅電池壹、摘要鋅銅電池之標準氧化還原位爲1.100伏特o過去已有很多硏究，大都針對離子濃度的改變與鹽橋改良，來提高鋅銅電池的輸山功率,但這些實驗設計的電池電壓都低於標準氧化還原電位。本實驗構思於運用簡易的組裝器材，從電解質濃度、陽極使用不同的電解質與添加界面活性劑的電池液與鹽橋界面等因素，試圖找出改良的效果，進而捉昇電壓。並以實驗結果爲改良依據，設計與組裝電池。本硏究之電池成品的電壓可超過1.5伏特，在不串聯的情況下，可驅動有額定電壓之隨身聽最高達四小時'顯示成品具有高度實用性。貳、硏究動機在課堂上，學到鋅銅電池的時候，老師示範了鋅銅電池的裝

2、置，我們一方面對這個簡易的放電裝置感到驚奇，也對該電池需耍微安培計才可以量到電流感到有些失望，因此提高了思索硏究其改良鋅銅電池的慾望。從18世紀的丹尼爾電池(Daniell'sgravitycell)被廣泛使用，鋅銅電池至今已有百多年歷史，也是最常被提出來作爲教學實驗的電池之一。過去的科學硏究屮，有針對提高鋅銅電池的輸出功率作討論，但其焦點都只集中在離子濃度的調整與鹽橋的改良，曾有人運用澱粉膠或洋菜膠取代鹽橋製作電池，但內電阻仍略偏高；而運用玻璃紙取代鹽橋翁考如三，則是較簡易且效果佳的方式。而在電壓方面，曾有根據勒沙特列原理，利用調高銅鋅離子濃度比以提昇電壓的

3、硏究跻文納，但是效果有限。這些實驗設計的電池電壓都低於標準氧化還原電位1-100伏特。雖然以往的討論，對內電阻的降低很有幫助，但對電壓的提昇似乎沒有任何進展。電壓偏低的電池，縱然可使燈泡發光，但是在不串聯的情況下，就無法驅動許多有額定電壓的電器用品，如隨身聽，發光二極體……等，這使其實用性已蕩姝価存O八、、八、IJ電池之構成要素有三：電極、電解質溶液與隔板界面，其中,可探討的變因不僅只於離子濃度、鹽橋改良，還有値得硏究的項目。我們希望可透過使用不同電解質種類，使電壓與輸山功率加以提升，並希望能使電壓電流輸山更穩定。於是我們想利用一些生活素材透過自我創意思考，

4、進而製造出能量更高、且符合一般小型電器用品電壓規格的電池。U形管鋅片銅片棉花附鱷魚夾電線25mL針筒玻璃棒隨身聽（AIWAJX809）C11SO4kno3KOHZnSO4NaNO3K2SO4KC1NaOH酒右酸鉀錮Na2SC)4NaCl清潔劑（沙拉脫、洗衣精）參、硏究目的一、運用簡易減量的方式，從（1）調整電解質濃度、（2）改變陽極的電解質、（3）添加界面活性劑、（4）界面的調整等。試圖尋找提昇電壓的最佳效能。二、以實驗結果爲改良依據，利用生活素材組裝鋅銅電池，比較各種改良方式的優劣，並應用於日常電器。肆、實驗設備及器材一、器材滴管若干燒杯若干小燈泡（2.2V

5、olt，0.25A）12Q、100Q電阻EVERGREEN3號環保鹼性電池電子天秤三用電表（BrotherYH-600B）二、藥品NH4C1+0.337Volt+0.763Volt+1.100Volt(NH4)2SO4伍、硏究過程與方法一、實驗原理：鋅銅電池反應方程式如下：陰極Cu2++2e-fCu(s)+)陽極Zn(s)〜Zn「+2e淨反應Zn

6、用1M硝酸鉀溶液時，我們可測得其電壓爲1.065Volt，並測得無負載時輸出電流1.38mA。二、實驗裝置：設計改良式的實驗裝•置。如圖一所示，將U形管倒置，兩側屮央塞入棉花，以川段爲轉橋。此裝置的設計應可減少藥品用量，且因兩極距離固定，配合針筒進行溶液稀釋與塡充、置換溶液均很方便，可在不變動鹽橋之情況下連續實驗。組成簡易，所需溶液量少，月•便利重複實驗之鋅銅電池裝置。三、電池變因探討以改變電解質濃度、陽極的電解質種類與添加界面活性劑爲變因進行實驗，實驗裝置（一）實驗一：電解液濃度之影響分別針對以下三個變因做探討：1.硫酸銅濃度（1M、0.5M、0.1M）2.

7、硫酸鋅濃度（1M、0.5M、0.1M）3.鹽橋濃度（1M、0.5M、0.1M）測量不同情況下的電壓與無負載電流達五次以上求平均値'結果以表格數據呈現。（二）實驗二：陽極使用不同的電解質因鋅離子在鋅銅電池中不是反應物，沒有鋅離子也能組成電池。我們選取了以下幾種實驗室常見的鹽類進行實驗探討，得其陽極在不同的電解質溶液下對電壓之影響：1.硝酸鹽：硝酸鋼與硝酸鉀。2.硫酸鹽：硫酸錮、硫酸鉀與硫酸銭。3.氯鹽：氯化錮、氯化鉀與氯化鍰。4.氫氧化物：氫氧化鋼與氫氧化鉀。鹽橋之濃度控制爲1M之硝酸鉀溶液，陰極使用不同濃度的硫酸銅溶液（1M、0.5M、0.1M），配合不同陽極

8、電解質溶液（1M、0.5M、0.1M）