Torenblokspellen zoals Jenga kunnen worden gebruikt om schoolkinderen uit te leggen hoe lithium-ionbatterijen werken, voorzien in een educatieve behoefte om een ​​krachtbron die essentieel is geworden voor het dagelijks leven beter te begrijpen.

Hoewel lithium-ionbatterijen overvloedig aanwezig zijn in zoveel van onze elektronische apparaten, van smartphones tot elektrische voertuigen, de middelen die beschikbaar zijn om kinderen te leren hoe ze werken en waarom ze belangrijk zijn, zijn beperkt.

Een team van de School of Chemistry van de Universiteit van Birmingham, heeft een educatief hulpmiddel bedacht dat het torenblokkenspel Jenga gebruikt om de processen in de batterijcellen en de elektrochemie erachter uit te leggen. Hun methode is gepubliceerd in de Tijdschrift voor chemisch onderwijs .

Een oplaadbare Li-ion batterij bestaat uit een oxide- en een grafietelektrode. Deze zijn gewoonlijk gebouwd in lagen gescheiden door een elektrolyt. Wanneer de batterij is opgeladen, lithiumionen verplaatsen zich van het grafiet naar de oxide-elektrode via de elektrolyt. huidige verzamelaars, waarop de elektroden zijn gecoat, elektronen laten bewegen via een extern circuit, stroom leveren.

Door de lagen van blokken te gebruiken, kinderen kunnen een idee krijgen van hoe de batterij is opgebouwd en hoe de verschillende componenten met elkaar omgaan. De batterij Jenga kan de werking van de batterij en de belangrijkste kenmerken laten zien. de intercalatie, of gelaagd, chemie van het laden en ontladen van dit type batterij kan gemakkelijk worden gevisualiseerd. Door het verwijderen van een paar lege blokken in de grafietelektrode (deze blokken vertegenwoordigen lege ruimte tussen de lagen grafiet), een student kan de Li-ionblokken van de oxide-elektrode naar de grafietelektrode verplaatsen. Het omgekeerde proces vindt plaats bij ontslag.

De eenvoud van deze demonstratie biedt een basis om complexe chemie en redoxreacties te verklaren. Het belang en de veiligheid van het tarief voor verschillende toepassingen kan ook worden aangetoond, wanneer studenten de lithiumionblokken met verschillende snelheden van de oxide-elektroden verwijderen. De snellere lading leidt steevast tot het instorten van de Jenga-structuur.

Het torenblokspel kan ook aantonen hoe de prestaties van de batterij afnemen bij continu gebruik door te laten zien hoe de blokken enigszins worden verplaatst wanneer de lithiumblokken worden verwijderd en opnieuw worden geplaatst.

Onderzoeker Elizabeth Driscoll legt uit:"Het is bekend dat praktijkdemonstraties een nuttige manier zijn om het leren te ondersteunen - leraren gebruiken vaak citroenen of aardappelen om conventionele niet-oplaadbare batterijen uit te leggen, bijvoorbeeld. Maar we weten dat elektrochemie een lastig gebied is voor leraren, wat vaak leidt tot misvattingen bij studenten. We wilden een praktische activiteit ontwerpen die dit zou helpen aanpakken en dit oplaadbare type zou verklaren."

Door torenblokkensets met sterk contrasterende kleuren en verschillende texturen te introduceren, het team was ook in staat om leermiddelen te ontwikkelen die meer inclusief zouden zijn voor studenten die blind of slechtziend zijn.

De activiteiten zijn het afgelopen jaar uitgeprobeerd met meerdere bezoekende scholen, waaronder:de Top of the Bench demonstratielezing van de Royal Society of Chemistry, met positieve feedback van zowel docenten als studenten. De sets hebben ook hun opwachting gemaakt bij openbare evenementen in musea, van het ThinkTank wetenschapsmuseum in Birmingham tot het Manchester Science Museum en het Royal Institution in Londen.

De volgende stap voor het team is om de activiteit breed toegankelijk te maken voor meer studenten en om docenten bij deze onderwerpen te ondersteunen. Dankzij financiering van het Faraday-instituut en de Royal Society of Chemistry zijn al 100 kleine jenga-sets geleverd aan een middelbare school in Birmingham. Er zullen ook tactiele klaslokalen worden geleverd aan de New College Worcester en Bolton Sensory Support-service. Opvoeders die geïnteresseerd zijn in het maken van hun eigen sets, hebben toegang tot volledige instructies via het open access-document in de Tijdschrift voor chemisch onderwijs .