18.06.2020 - University of Birmingham

Usando un juego de habilidad física para explicar las baterías de iones de litio

Herramienta educativa para explicar los procesos en funcionamiento dentro de las celdas de la batería y la electroquímica detrás de ellas

Los juegos de bloques de torres pueden utilizarse para explicar a los escolares cómo funcionan las baterías de iones de litio, satisfaciendo así una necesidad educativa de comprender mejor una fuente de energía que se ha convertido en vital para la vida cotidiana.

Aunque las baterías de iones de litio abundan en muchos de nuestros dispositivos electrónicos, desde los teléfonos inteligentes hasta los vehículos eléctricos, los recursos disponibles para enseñar a los niños cómo funcionan y por qué son importantes son limitados.

Un equipo de la Escuela de Química de la Universidad de Birmingham, ha ideado una herramienta educativa que utiliza un juego de bloques de torres para explicar los procesos que funcionan dentro de las celdas de la batería y la electroquímica que hay detrás de ellas.

Una batería de iones de litio recargable está compuesta por un óxido y un electrodo de grafito. Normalmente se construyen en capas separadas por un electrolito. Cuando la batería se carga, los iones de litio pasan del grafito al electrodo de óxido a través del electrolito. Los colectores de corriente, sobre los que se recubren los electrodos, permiten que los electrones se muevan a través de un circuito externo, proporcionando energía.

Usando las capas de bloques, los niños pueden tener una idea de cómo está construida la batería y cómo los diferentes componentes interactúan entre sí. El juego de bloques de la torre de la batería puede mostrar el funcionamiento de la batería y sus características clave. La química de intercalación, o por capas, de la carga y descarga de este tipo de batería puede ser fácilmente visualizada. Mediante la eliminación de unos pocos bloques en blanco en el electrodo de grafito (estos bloques representan el espacio vacío entre las capas de grafito), un estudiante puede mover los bloques de Li-ion del electrodo de óxido al electrodo de grafito. El proceso inverso se producirá en la descarga.

La simplicidad de esta demostración proporciona una base para explicar la química compleja y las reacciones redox. La importancia y la seguridad de la tasa de carga para las diferentes aplicaciones también puede demostrarse cuando los estudiantes retiran los bloques de iones de litio de los electrodos de óxido a diferentes velocidades. La carga más rápida invariablemente lleva al colapso de la estructura del juego de bloques de torres.

El juego de bloques de torre también puede demostrar cómo el rendimiento de la batería se reduce con el uso continuado, mostrando cómo los bloques se desplazan ligeramente al retirar y reinsertar los bloques de litio.

La investigadora Elizabeth Driscoll explica: "Se sabe que las demostraciones prácticas son una forma útil de apoyar el aprendizaje - los profesores a menudo usan limones o patatas para explicar las baterías convencionales no recargables, por ejemplo. Pero sabemos que la electroquímica es un área complicada para los profesores, lo que a menudo conduce a conceptos erróneos entre los estudiantes. Queríamos diseñar una actividad práctica que ayudara a abordar esto y a explicar este tipo de pilas recargables".

Al introducir juegos de bloques de torres con fuertes contrastes de colores y diferentes texturas, el equipo también pudo concebir herramientas de enseñanza que serían más inclusivas para los estudiantes ciegos o con visión parcial.

Las actividades han sido probadas con múltiples escuelas visitantes durante el año pasado, incluyendo: la conferencia de demostración Top of the Bench de la Royal Society of Chemistry, con una respuesta positiva tanto de profesores como de estudiantes. Los conjuntos también han aparecido en eventos públicos en museos, desde el museo de ciencias ThinkTank en Birmingham hasta el Museo de Ciencias de Manchester y la Royal Institution en Londres.

El siguiente paso del equipo será permitir que la actividad sea ampliamente accesible a más estudiantes y proporcionar apoyo a los educadores en estos temas. La financiación de la Institución Faraday y la Sociedad Real de Química ya ha permitido suministrar 100 pequeños juegos de bloques de torres a una escuela secundaria de Birmingham. También se suministrarán juegos táctiles de clase al servicio de apoyo sensorial de New College Worcester y Bolton. Los educadores interesados en producir sus propios juegos pueden acceder a las instrucciones completas a través de la publicación de acceso abierto en el Journal of Chemical Education.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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