生活與科學：揭開電池奧秘
【明報專訊】遙控車、手機、手提遊戲機……這些我們常用且便利的裝置，為什麼可以隨時隨地使用？答案在於它們都有共同的核心：電池。電池作為生活不可少的儲能裝置，廣泛應用於日常生活中，從電視遙控器、玩具遙控車，到手機、筆記型電腦，甚至新能源汽車，電池讓設備得以運作，為我們的生活帶來極大便利。
要揭開電池的奧秘，香港青年科學院創院院士、香港科技大學化學與生物工程學系主任邵敏華教授介紹簡單自製「醋酸伏打電池」的實驗，通過典型的電池反應，展示鋅與醋酸之間的電學反應，揭示化學反應轉化為電能的有趣過程。
實驗材料
˙金屬電極：鋅片(可使用廢舊乾電池的外殼)和銅片各5塊
˙ 電解液：白醋(含醋酸的水溶液)
˙糖漿/濃縮糖水溶液
˙容器：玻璃杯或塑膠杯5個
˙電路元件：導線5條、發光二極管(LED)燈泡1顆
■實驗步驟
1. 將白醋倒入玻璃杯中，至約三分之一杯滿
2. 3組導線兩側各分別連接鋅片和銅片，餘下兩組的導線分別只在其中一端連接鋅片或銅片，另一端待稍後連接燈泡
3. 先將一根導線的鋅片及銅片分別放置兩個玻璃杯，其他導線與玻璃杯順序連接(即每個玻璃杯都有連接不同導線的一片鋅片及一片銅片)，確保兩塊金屬片不會接觸
4. 最後將頭尾沒有連接金屬片的兩端導線，與LED燈泡的兩極相連(注意二極管的正負極方向：鋅片為負極，銅片為正極)
5. 當連接完成，可以觀察到LED燈泡(紅圈)發光，銅片表面可能會因生成氫氣而出現小量氣泡(圖c)
6. 若實驗未成功，可以輕輕打磨鋅片表面的氧化物，以增強反應活性
■解說「醋酸伏打電池」實驗
邵敏華教授說，把白醋溶液倒入玻璃杯中，再用導線連接鋅片(負極)。鋅與醋酸的反應過程中，鋅原子(Zn)會失去電子(2e?)，被氧化生成鋅離子(Zn2+)［Zn→Zn??+2e?］；這些電子進入溶液，並從鋅片流向銅片(正極)，而銅片中醋酸的氫離子(H?)會獲得電子，被還原生成氫氣［2H?+2e?→H?↑］。這一連串的流動過程形成電流，進而用來發電，點亮LED燈泡。
電池儲能技術成新能源發展重點
這個實驗不單讓我們了解到電池與儲能技術的基本原理，隨着全球能源轉型加速，減少碳排放的電池儲能技術成為新能源的發展重點，也是未來其中一種新潔淨能源發展的重要方向。
儲能技術與日常生活息息相關，如近年全球積極推廣的電動汽車，就是使用電池儲能技術的例子。為推動社會可持續發展，香港政府於2021年提出《香港電動車普及化路線圖》，計劃在2035年前停售燃油車。在政策推動下，2023年的新車登記中，電動汽車的比例已突破65%，全港充電樁數量增至6200個，特斯拉、比亞迪等品牌的市場佔有率持續攀升，這顯示電池技術在未來能源結構中將扮演更重要的角色。
邵教授認為，「醋酸伏打電池」實驗簡單又安全，即使小朋友也能輕鬆操作。通過實驗，我們可以了解能源轉換的基本原理，並進一步理解儲能技術。
同學不妨思考一下，在日常生活中還有哪些與儲能技術相關的應用？或許從觀察中，我們能夠發揮科學「小宇宙」，一起應對未來的能源挑戰，踏上探索新能源的旅程。
文、圖：香港青年科學院
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[常識學堂 第335期]
