來電「漢堡」--環保電池DIY 中華民國第四十九屆中小學科學展覽會科展化學類第二名作品

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1 來電「漢堡」--環保電池DIY 中華民國第四十九屆中小學科學展覽會科展化學類第二名作品
報告人：應化碩在一A 魏靖璇 科目名稱：專題討論﹙一﹚ 指導教授：卓重光副教授 資料來源：中華民國中小學第49屆中小學科 學展覽會參展作品專輯-國小組化學科

2 研究摘要 我們運用生活中容易取得的一元硬幣和鋁箔紙分別當作電池的正負極。
兩極之間隔著紗布手帕，其中手帕吸附著麥當勞蕃茄醬汁，於是製造出既環保又容易串聯的簡易電池，並可點亮節能又省電的LED 燈。 另外，可將十顆環保電池疊在一起（即串聯），再連接一顆七彩LED 燈，然後置入花燈中(美勞課正在進行製作燈籠的單元)，將自製燈籠、「漢堡」電池和七彩LED 燈組裝完成後，引起同學們高度的興趣。

3 壹、研究動機 節 能 環 保 如果能夠製造出無毒、無污染的環保電池，不但省卻回收工作，更無污染環境之虞，若能利用自製環保電池，點亮七彩LED 燈，再置入美勞課製作的花燈中，有趣又好玩的手工通電玩具便誕生了。

4 貳、研究目地 試做環保電池。 尋找最適合製作環保電池的紙張或布料。
挑選檸檬、柳丁、食鹽水、蕃茄醬、柳橙汁等製造環保電池，找出最適合製造電池的電解液。 探討電解液的酸鹼值與產生的電流之間的關係。 瞭解靜置一週的電解液對電池的電流和電壓的影響。 探討最適合做為電池正極的錢幣。 結合自製環保電池和自製花燈，享受自製通電玩具的樂趣。

5 參、研究設備及器材 家中回收的紙張或布料 檸檬（榨汁）、柳丁（榨汁）、蕃茄（榨汁）、食鹽水、醬油、蕃茄醬（來自早餐店和麥當勞）、檸檬水、柳橙汁 硬幣（一元、五元、十元和五十元） 鋁箔紙 三用電表 酸鹼指示筆 LED 燈 膠帶（咖啡色） 牛奶多多的瓶子、燈籠。

6 研究設備及器材

7 肆、研究過程文獻探討 一、市售電池的構造 一般乾電池
正極是碳棒，負極是鋅罐，並以二氧化錳與澱粉及電解質混合的混合劑作為正極的作用物質。電解液是以氯化銨或氯化鋅等鹽類水溶液作為電解液。

8 鋰電池 又稱鋰-碘電池：正極是碳棒固定於鎳網上的金屬鋰，負極是碘。電解質是薄層的碘化鋰(Li I )晶片，介於陰極與陽極之間。

9 鉛蓄電池 鉛蓄電池(又稱鉛-酸電池，俗稱電瓶)：負極是鉛，正極是二氧化鉛，電解質是稀硫酸溶液 ( 30%)。

10 太陽能電池 是兩層分別加入微量不同雜量元素的薄矽晶片，誘發兩薄膜間的電位差，因此當外接電路駁通時，會有電流產生。以光照射而產生電能，不需消耗任何化學物質。

11 二、實驗設計

12 試做環保電池 漢堡電池製做過程簡介(一) 單顆電池

13 漢堡電池製做過程簡介(二) 串聯電池

14 伍、研究重點 實驗一：尋找最適合製作環保電池的紙張或布料 實驗二：尋找最適合製作環保電池的電解液
實驗三：探討電解液的酸鹼值和產生的電流之間的關係 實驗四：瞭解電解液過期與否對電池的電流和電壓之影響 實驗五：探討最適合做為電池正極的錢幣 實驗六：測試電池數量與燈亮度和發光時間

15 陸、研究過程與結果

16 實驗(一)

17 研究過程、結果及討論 實驗(一)電流測試 尋找最適合製作環保電池的紙張或布料

18 實驗(一)電流測試過程

19 研究過程、結果及討論 實驗(一)電壓測試 尋找最適合製作環保電池的紙張或布料

20 實驗(一)電壓測試過程

21 實驗(一)過程、結果及討論 由 P＝I×V (電功率=電流×電壓) 的公式，計算出電功率的大小，依序為手帕、牛皮紙、吸油面紙，故我們選擇回收的手帕作為電池兩極之間吸附電解液的材料。若研究者想使用紙類，建議優先考慮牛皮紙。

22 實驗(一)電功率結果 最適合製作環保電池的紙張或布料

23 實驗(二)

24 實驗(二)電流測試 找出最適合製造電池的電解液

25 實驗(二)電壓測試 找出最適合製造電池的電解液

26 實驗(二)過程、結果及討論 蕃茄醬的電功率大於1.7mW，遠超過其餘電解液，因此蕃茄醬是首選電解液。若身邊沒有蕃茄醬，牛蕃茄是相當不錯的選擇。從電功率=電流×電壓的公式可以了解：電流和電壓相輔而成，若一方數值偏低，則電功率也會隨之下降。例如：醬油。

27 實驗(二)電功率結果 最適合製作環保電池的電解液

28 實驗(三)

29 實驗(三) pH值測試 探討電解液的酸鹼值 和產生的電流之間的關係

30 實驗(三)過程、結果及討論 調味料的pH 值隨著電流遞增而逐漸下降，意即pH 值愈小，電流愈大，此一規律恰與水果電池的結果一致。

31 實驗(三)探討電解液的酸鹼值 和產生的電流之間的關係
實驗(三)探討電解液的酸鹼值 和產生的電流之間的關係

32 實驗(四)

33 實驗(四) 瞭解電解液過期與否對電池的 電流和電壓之影響(以牛蕃茄實驗)

34 實驗(四) 瞭解電解液過期與否對電池的 電流和電壓之影響(以蕃茄醬實驗)

35 實驗(四) 瞭解電解液過期與否對電池的 電流和電壓之影響(以檸檬水實驗)

36 實驗(四)過程、結果及討論 實驗顯示，檸檬水和牛蕃茄、蕃茄醬的結果是一致的，因此，整體而言，應優先選擇新鮮的。

37 實驗(五)

38 實驗(五) 探討最適合做為電池正極的錢幣 1.新臺幣壹圓：材質:銅92％、鎳6％、鋁2％；直徑:2 0 毫米
2.新臺幣伍圓：材質:銅75％、鎳25％；直徑:2 2 毫米 3.新臺幣拾圓：材質:銅75％、鎳25％；直徑:2 6 毫米 4.新臺幣伍拾圓：材質:銅92％、鎳2％、鋁6％；直徑:28 毫米

39 實驗(五) 探討最適合做為電池正極的錢幣

40 實驗(五) 探討最適合做為電池正極的錢幣

41 實驗(五)過程、結果及討論(上) 一元硬幣的平均電流約為其餘三者的3 到4 倍，平均電壓幾乎旗鼓相當，於是一元硬幣的電功率一枝獨秀。
一般而言，兩極之間活性(釋放電子成為帶正電的離子化程度)差距愈大，愈能得到較大的電流。惟以上四種硬幣皆為複合材質，所以，可能不宜據此探討硬幣材質和電流之間的關係。

42 實驗(五)過程、結果及討論(下) 從文獻得知，「電池電極面積越大，接觸面積會愈多，反應速率愈快，電流越強。」但面積(直徑)最小的一元硬幣卻產生最佳的平均電流。可見非單一金屬材質的電極和電流之間的關係，仍有待進一步探究。 4. 總之，我們根據實驗結果，選擇一元硬幣當作環保電池的正極

43 實驗(六)

44 實驗(六) 測試電池數量與 燈亮度和發光時間
實驗(六) 測試電池數量與 燈亮度和發光時間

45 實驗(六) DIY 七彩炫麗花燈測試

46 實驗(六)過程、結果及討論(上) 隨著串聯電池的數量增加，LED 燈的亮度(電功率)也明顯提升，發光的時間則從5 小時遞增到24 小時以上。
在亮度和發光時間的雙重考量下，串聯10 顆電池所產生的效果是符合我們期待的。 鋁箔的形狀是遷就容器的形體，而容器的選擇則是從生活中取材，並且從回收物中選取。我們喝完後的牛奶多多撕下塑膠標誌洗淨擦乾，便成為可再利用的裝電池容器之一。

47 實驗(六)過程、結果及討論(下) 容器的底面積太小（例如:接近一元硬幣大小），使鋁箔紙面積也變小，導致電池的電壓、電流降低。容器的底面積太大，則不容易置入花燈中。所以，牛奶多多的瓶子，底面積是相對恰當的。 瓶子的材料必須是容易切割的，牛奶多多是符合此一考量的。 6. 七彩LED 燈可從家中花燈取出，電子材料行也買的到。LED 燈有許多種類可供選擇，本研究選用七彩LED 燈，是兼顧美觀和環保(省電)原則。

48 柒、研究討論

49 研究討論(上) 1、自製「來電漢堡」可以省卻許多電線和鱷魚夾，也可以輕鬆串聯，體積小便於攜帶。最重要的是，電流和電壓的數值絲毫不輸給水果電池，同時也兼顧環保的重要- -硬幣可以再利用；手帕、鋁箔紙牛奶多多的瓶子從回收物中取得；蕃茄醬對環境的負擔極小，又可免除水果有季節性的限制。 2、以電流大小和電壓高低去分析，紗布手帕和牛皮紙分居布料和紙張之冠；若以電流和電壓的乘積（電功率）為篩選標準，則紗布手帕是唯一首選。因此，我們依據實驗結果，選擇紗布手帕當作環保電池的材質。在這個實驗中所使用的布料和紙張，都是從家中或學校回收物中取得，無形中也增添了回收物再利用的管道。

50 研究討論(中) 3、在尋找適合電解液的實驗可以發現：蕃茄醬的電流超過3 毫安培，牛蕃茄則以2 毫安培的電流緊追在後；九種精選電解液產生的電壓約在0. 5V 左右，差異不大；最後麥當勞蕃茄醬仍以電功率最高勝出。不過，牛蕃茄也是值得考慮的電解液之一。 4、水果中富含果酸可以導電，而且pH 值越小者越能夠產生較大的電流。實驗結果顯示，四種調味料恰符合此一規律，即pH 值越小電流越大；惟單從pH 值的大小，不適合直接推論電流的大小，必須進一步探討調味料的鹽度、導電度等因素，才能獲得較完整的結論。

51 研究討論(下) 5、分別利用新鮮的和靜置（一天至七天）的牛蕃茄、蕃茄醬和檸檬水製成電池，相較之下，兩者產生的電壓數值相近，但新鮮電解液產生的電流和電功率約為靜置的2～3 倍。因此，使用新鮮電解液能使LED 燈的亮度較佳。然而，本實驗目的是要點亮LED 燈，著眼點應鎖定在電壓方面；所以，在串聯電池數量相同的情形下，新鮮及靜置（一天至七天）的電解液都是適合的。 6、在台灣流通最普遍的四種硬幣中，平均電壓皆在0. 5V 左右，其中一元硬幣的平均電流和電功率大於其餘三者。所以依據這個結果，我們以一元硬幣當作自製電池的正極。然而影響電流的金屬活性大小差距和電極面積大小，在此不適用解釋這個實驗結果。

52 捌、研究結論

53 研究結論(上) 1、從環保的角度出發，結合水果電池的概念，本研究利用蕃茄醬取代水果電池，製造出效果不錯的「漢堡」電池。在取材的過程，除了選擇容易取得的物品外，同時兼顧環保的考量，例如：紗布手帕、鋁箔紙和牛奶多多的瓶子，都是來自回收物品；不新鮮的蕃茄醬仍可充當電解液，點亮LED 燈。 2、用過的「漢堡」電池幾乎不會造成環境的負擔，無形中省卻回收的工作。一元硬幣經過洗淨後，仍可繼續使用（製造電池或購物）。

54 研究結論(中) 3、結合美勞課正在進行製作燈籠的單元，我們將自製燈籠、「漢堡」電池和七彩LED 燈組裝完成後，引起其他同學們高度的興趣，也成為最吸睛、具話題性的作品。 4、「漢堡」電池（串聯10 顆）的重量約50 克，相當於2 顆三號電池的重量；在電壓方面，超過4V 領先串聯2 顆三號電池的3V。然而，2 顆串聯的三號電池可以驅動小馬達，「漢堡」電池（串聯10 顆）卻無功而返。可見，電流大小是關鍵因素。因此，若要擴大「漢堡」電池的應用範圍，那麼提升電流是首要任務，同時也要衡量電池的重量。

55 研究結論(下) 5、「漢堡」電池製作過程容易，又蘊含「通電的玩具」和「水溶液」的自然領域課程，最重要的是可以再次傳達環保概念。所以，如果融入自然和藝術與人文課程的教學，肯定是叫好又叫座。

56 結束!!!