製作可逆式微型氫氧燃料電池並進行探索活動 游宗穎 高雄市立高雄女子高級中學教育部高中化學學科中心zwitterion.tw@yahoo.com.tw n  影片觀賞 可逆式微型燃料電池是教育部高中化學學科中心教學資源研發推廣小組2010年研發作品之一，本實驗幫助學生認識氫氧燃料電池，親手動手製作可逆式微型燃料電池，瞭解微型燃料電池如何對外作功。影片是由作者在高雄中學實驗室拍攝，本文提供其製作的詳細過程。 （影片網址：可逆式微型燃料電池，YouTube, https://youtu.be/VZqNHgObYtE.） n  簡介 本實驗利用氫氣與氧氣透過此燃料發電元件，進行氧化還原作用而輸出電能的原理，設計一套可攜帶、實際可用，在高中教學上方便學生瞭解氫氧燃料電池的小型可逆式燃料電池。此自製「可逆式微型燃料電池」電解產生的氫氣與氧氣無須在鉑或鎳的催化下，進行逆向反應使電解出的氫氣和氧氣放電。 本實驗係透過燃料電池之實作與探索活動，幫助學生認識「燃料電池」與其運作原理，以下說明氫氧燃料電池的製作過程以及涉及的原理和概念。 n  藥品與器材 一、藥品：硝酸鈉（NaNO3）、硫酸鈉（Na2SO4）、硝酸鉀（KNO3）、硫酸鉀（K2SO4） 二、器材：市售廢棄乾電池（3號AA）、9 V電池、塑膠試管（10 mL）、塑膠筆蓋、鱷魚夾導線電池座、熱熔膠槍、瓦斯噴燈、三用電表。使用之器材如圖1所示。 圖1：製作氫氧燃料電池所需之器材 n  實驗步驟 一、石墨棒（電極）之活化處理 1.        以尖嘴鉗拆除一顆廢棄3號乾電池，取出石墨棒並留下電池的金屬墊片和石墨的固定環。 2.        將取出的石墨棒浸泡於乙醇1天，或以超音波震盪機清洗數次，清洗乾淨之後，烘乾備用。（此石墨棒會殘留乾電池的一些電解質和糊狀物質，必須清理。） 3.        以鉗子夾住石墨棒，分別將石墨棒的上、中、下三部分在高溫瓦斯噴槍之火焰上加熱至紅熱（溫度約為1300℃），約5分鐘後，將其迅速插入冷水中使其急速冷卻。 4.        重複步驟3三次以上，使整支石墨棒之每一部位皆達紅熱後再急速冷卻，使石墨棒表面充分活化，去除石墨間的膠結物和雜碳相，活化後的石墨棒表面會出現一些細微孔洞增加表面接觸面積。圖2為石墨棒處理過程。   圖2：廢電池之石墨棒、金屬墊片、固定環（左），石墨棒表面活化處理（右） 二、可逆式微型氫氧燃料電池組裝 可逆式微型氫氧燃料電池組裝的流程簡圖，如圖3所示。 圖3：微型氫氧燃料電池組裝流程簡圖 詳細的組裝步驟，如下步驟所示。 1.        取兩支透明塑膠筆蓋（內徑8 mm），切割長度為15 mm，並在底部鑽孔（直徑約3 mm的小圓孔） 2.        將已活化的石墨棒插入塑膠筆蓋之管口，然後蓋上廢棄乾電池之石墨的固定環，使石墨棒一端露出墊片約3 mm長。再用熱熔膠將石墨棒之上方固定在墊片和筆蓋口上，使其與管口密閉。重複製作，完成兩支相同電解管的製作。電解管完成圖如圖4所示。    圖4：組裝電解管（左），兩支燃料電池之電解管（右） 3.        取一支10 mL的塑膠試管，切成兩條長度約4 cm的塑膠管。 4.        將兩支燃料電池之電解管，經由步驟1的小圓孔，裝填1.0 M的NaNO3。 5.        用熱熔膠先固定一支電解管在塑膠管的一端後，再裝填適量的1.0 […]