基于諾貝爾獎(jiǎng)成果發(fā)展史的電化學(xué)復(fù)習(xí)

滕瑛巧　王星喬　于淑兒　包朝龍

摘要： 以“鋰電池的昨天（LiMnO2電池）→鋰電池的今天（鋰離子電池）→鋰電池的明天（鋰空氣電池）→遷移拓展（鈉離子電池）”作為教學(xué)主線，使學(xué)生沿著鋰電池這一諾貝爾獎(jiǎng)成果發(fā)展史展開復(fù)習(xí)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，在主動(dòng)構(gòu)建電化學(xué)認(rèn)知模型的同時(shí)促進(jìn)技術(shù)素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞： 諾貝爾獎(jiǎng); 發(fā)展史; 鋰電池; 電化學(xué)復(fù)習(xí)

文章編號(hào)： 10056629（2020）08005307

中圖分類號(hào)： G633 8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1? 問題提出

電化學(xué)是高中化學(xué)的核心知識(shí)之一，歷來(lái)是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)、高考化學(xué)的熱點(diǎn)。反觀電化學(xué)日常復(fù)習(xí)過于功利，直接瞄準(zhǔn)考點(diǎn)，學(xué)生只會(huì)分析電極反應(yīng)、電解質(zhì)中離子的遷移等，未能真正理解電極材料、電解質(zhì)材料等革新對(duì)電池發(fā)展乃至能源領(lǐng)域發(fā)展的推動(dòng)作用。

2? 設(shè)計(jì)思路

如何讓復(fù)習(xí)課既能實(shí)現(xiàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，又能實(shí)現(xiàn)遷移能力的提升，與此同時(shí)提升學(xué)生從電池理論模型到工業(yè)化生產(chǎn)過程中所蘊(yùn)含的技術(shù)知識(shí)、技術(shù)能力、技術(shù)思維、技術(shù)理性等技術(shù)素養(yǎng)[1]，筆者嘗試基于諾貝爾獎(jiǎng)成果鋰電池發(fā)展史開展電化學(xué)復(fù)習(xí)，取得了較好的效果。本節(jié)課在充分研究高考試題命題規(guī)律的基礎(chǔ)上，以鋰電池發(fā)展史作為教學(xué)主線，“重演”人類的探索過程，重組復(fù)習(xí)要點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)問題鏈，在問題解決過程中汲取前人智慧、領(lǐng)悟思想方法、把握本質(zhì)規(guī)律。

2.1? 探尋發(fā)展歷程

鋰電池研究始于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的石油危機(jī)迫使人們?nèi)ふ倚碌奶娲茉?。鋰由于比重小、電極電勢(shì)極低、能量密度大等優(yōu)點(diǎn)，順理成章地進(jìn)入電池設(shè)計(jì)者的視野。

2.1.1? 鋰金屬電池

要讓鋰金屬應(yīng)用在電池體系中，“非水電解質(zhì)”的引入是關(guān)鍵的一步。1958年，Harris提出采用有機(jī)電解質(zhì)作為鋰金屬原電池的電解質(zhì)，得到大多數(shù)電池設(shè)計(jì)者的認(rèn)可，多年探索Ag、 Cu、 Ni等鹵化物正極材料，但達(dá)不到電化學(xué)性能要求。1970年，日本松下電器公司與美國(guó)軍方幾乎同時(shí)合成新型正極材料——碳氟化物，氟化碳鋰電池在松下電器實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。而三洋公司另辟蹊徑將目光轉(zhuǎn)向過渡金屬氧化物，1975年，Li/MnO2開發(fā)成功，實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用。鋰一次電池的成功激起了二次電池的研究熱潮，學(xué)術(shù)界的目光都集中在“如何使該電池反應(yīng)變得可逆”這個(gè)問題上。與此同時(shí)，嵌入化合物化學(xué)、固體材料化學(xué)、固體離子學(xué)的發(fā)展，為鋰二次電池正極材料的選擇帶來(lái)解決方案。英國(guó)化學(xué)家斯坦利·威廷漢（M. Stanley Whittingham）發(fā)現(xiàn)在TiS2層狀電極材料中存儲(chǔ)鋰離子，鋰離子可以在電極間來(lái)回穿梭，具備充電能力，并且可以在室溫下工作。這個(gè)消息吸引了廣泛關(guān)注，石油巨頭?？松‥xxon）邀請(qǐng)Whittingham秘密研制新型電池。1972年，?？松静捎肨iS2作為正極材料、金屬鋰作為負(fù)極材料，開發(fā)出世界上第一個(gè)金屬鋰二次電池，這款電池?fù)碛锌缮疃瘸浞烹?000次且每次循環(huán)的損失不超過0.05%的優(yōu)良性能。但由于這款電池充放電過程易形成鋰枝晶，造成電池內(nèi)部短路，從而引起起火或者爆炸，金屬鋰為負(fù)極的二次電池沒有投入商業(yè)化應(yīng)用。

2.1.2? 鋰離子電池

研究人員選擇了顛覆性方案： 拋棄鋰金屬，尋找另一種嵌入化合物代替鋰。這種概念電池被形象地稱為“搖椅電池”，提出者為Armand（1980），但要讓概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，仍需找到合適的正負(fù)極材料。美國(guó)科學(xué)家約翰·B·古迪納夫（John B. Goodenough）的研究小組通過實(shí)驗(yàn)相繼發(fā)現(xiàn)LiCoO2、 LiMn2O4、 LiFePO4都是高效的正極材料。日本科學(xué)家吉野彰（Akira Yoshino）在Goodenough基礎(chǔ)上，用鈷酸鋰作為電池的正極、石墨材料作為負(fù)極，開發(fā)了第一個(gè)商業(yè)上可行的鋰離子電池，這一技術(shù)最終被索尼公司采用，在1991年推出了全球首款商用鋰離子電池（Liion）。我們今天廣泛使用的鋰電池，除了鋰離子電池外，還有一類為鋰聚合物電池（LiPo），用聚合物電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)。鋰電池未來(lái)發(fā)展朝著高容量、金屬化、固態(tài)化等方向發(fā)展[2]。

2.2? 分析命題規(guī)律

通過對(duì)考試說(shuō)明和選考真題的深入研究，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)試題具有如下命題特點(diǎn)： 以新型化學(xué)電源為載體，涉及電極類型、電極反應(yīng)類型、電子移動(dòng)方向、離子移動(dòng)方向等判斷及電極反應(yīng)方程式、總反應(yīng)方程式書寫，試題注重電化學(xué)原理在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用價(jià)值。

2.3? 確定教學(xué)思路

在探尋發(fā)展歷程、研究命題規(guī)律之后，就要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需要對(duì)發(fā)展歷程中的歷史事件進(jìn)行精心篩選，從而確定教學(xué)主線。本節(jié)課以“鋰電池的昨天（LiMnO2電池）→鋰電池的今天（鋰離子電池）→鋰電池的明天（鋰空氣電池）→遷移拓展（鈉離子電池）”作為教學(xué)主線，精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)，以此激發(fā)、推動(dòng)、維持、強(qiáng)化和調(diào)整學(xué)生的認(rèn)知活動(dòng)、情感活動(dòng)和實(shí)踐活動(dòng)等，讓學(xué)生的思維不斷地走向深入，與此同時(shí)實(shí)現(xiàn)考點(diǎn)突破與技術(shù)素養(yǎng)提升，具體如表1所示。

環(huán)節(jié)1： 鋰電池的昨天（LiMnO2電池）依據(jù)反應(yīng)Li+MnO2LiMnO2設(shè)計(jì)裝置，將反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，反思設(shè)計(jì)思路及裝置中各部分的作用，分析電流是怎樣產(chǎn)生的？原電池裝置構(gòu)成要素及工作原理;設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單原電池（1） 技術(shù)原理： 原電池

（2） 技術(shù)能力： 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易原電池

（3） 技術(shù)思想： 提高能量密度、微型化

（4） 技術(shù)理性： 安全可靠

環(huán)節(jié)2： 鋰電池的今天（鋰離子電池）依據(jù)鈷酸鋰離子二次電池的示意圖及總反應(yīng)，分析二次電池工作時(shí)如何實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化，書寫相應(yīng)的電極反應(yīng)式，建立二次電池認(rèn)知模型二次電池的構(gòu)造與工作原理;二次電池電極反應(yīng)式（1） 技術(shù)原理： 二次電池

（2） 技術(shù)思想： 循環(huán)利用

（3） 技術(shù)理性： 評(píng)價(jià)各類鋰離子電池

環(huán)節(jié)3： 鋰電池的明天（鋰空氣電池）僅依據(jù)示意圖，應(yīng)用二次電池的認(rèn)知模型分析鋰空氣電池的工作原理，書寫相應(yīng)的電極反應(yīng)式二次電池的構(gòu)造與工作原理;二次電池電極反應(yīng)式;電極反應(yīng)機(jī)理（1） 技術(shù)原理： 可逆電池

（2） 技術(shù)能力： 電極反應(yīng)機(jī)理

（3） 技術(shù)思想： 提高能量密度

（4） 技術(shù)理性： 客觀認(rèn)識(shí)鋰空氣電池發(fā)展

環(huán)節(jié)4： 遷移拓展（鈉離子電池）參考浙江選考近年四份真題及所給相關(guān)資料，結(jié)合今天課堂所學(xué)內(nèi)容，命制一道以“鈉離子電池”為核心的模擬題綜合應(yīng)用（1） 技術(shù)原理： 可逆電池

（2） 技術(shù)能力： 遷移應(yīng)用

（3） 技術(shù)思想： 原料易得、成本低廉

3? 具體教學(xué)過程

3.1? 環(huán)節(jié)一? 鋰電池的昨天

[PPT]呈現(xiàn)比能量概念。

[師]理想的電池應(yīng)該是比能量越高越好，也就是電極材料質(zhì)量要輕、放出的電能要大。根據(jù)這一要求，同學(xué)們翻翻周期表，你覺得哪些材料比較適合用來(lái)做電池。

[生]H和Li的比能量高，適合做電極材料。

[師]很好，最好的材料就是氫，所以科學(xué)家從未放棄對(duì)氫氧燃料電池的研究，但是很難普及。那接著就是鋰了。

[ppt]展示2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)及其得主。

[師]鋰電池的發(fā)明徹底改變了人們的生活，為無(wú)化石燃料社會(huì)奠定了基礎(chǔ)，因此2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了在該領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家。本節(jié)課我們就沿著鋰電池的發(fā)展歷程來(lái)幫助大家復(fù)習(xí)電化學(xué)的相關(guān)內(nèi)容。

[師]鋰電池的研究可追溯到上世紀(jì)五、六十年代，當(dāng)時(shí)石油危機(jī)迫使人們?nèi)ふ倚碌奶娲茉?，同時(shí)軍事、航空、醫(yī)藥等領(lǐng)域也對(duì)電源提出新的要求。鋰順理成章地進(jìn)入了電池設(shè)計(jì)者的視野。直到1975年，三洋公司成功開發(fā)了LiMnO2一次電池，并于1978年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，成為第一代商業(yè)化的鋰電池。

[ppt]已知其總反應(yīng)為L(zhǎng)i+MnO2LiMnO2。

[任務(wù)一]畫出LiMnO2裝置示意圖，標(biāo)出正負(fù)極，寫出電極反應(yīng)式。

[生]上臺(tái)板演。

[問]構(gòu)成原電池裝置包含哪些要素？

[生]負(fù)極材料、導(dǎo)線、電解質(zhì)溶液、正極材料。

[追問]你是如何判斷正負(fù)極的？

[生]Li化合價(jià)升高，失電子，是負(fù)極反應(yīng)物，金屬鋰本身能導(dǎo)電，所以可作為負(fù)極材料。同理，MnO2得電子作為正極。

[師]很好，那電極反應(yīng)式，他寫得正確嗎？（負(fù)極： Li-e-Li+? 正極MnO2+e-MnO-2）

[生]正確！

[師]請(qǐng)同學(xué)們繼續(xù)分析電流是如何產(chǎn)生的？

[生]金屬鋰失電子，電子從負(fù)極出發(fā)，沿導(dǎo)線流向正極。電解液中，陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，從而構(gòu)成閉合回路，形成電流。

[師]描述得很好，再請(qǐng)思考，這里電解質(zhì)溶液我們可以用水溶液么？

[生]不行，因?yàn)殇嚭芑顫?，?huì)與水反應(yīng)。

[師]說(shuō)得很好，因此這里只能用有機(jī)電解質(zhì)溶液，鋰離子可以在其中自由移動(dòng)。根據(jù)剛才的一系列分析，請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)原電池構(gòu)成條件。

[師]現(xiàn)實(shí)中，我們希望把電池微型化，便于攜帶，于是正負(fù)極之間的距離越來(lái)越小，碰到一起會(huì)怎么樣？

[生]正負(fù)極直接相連會(huì)短路，很危險(xiǎn)。

[師]那怎么辦呢？

[生]中間用東西擋住。

[師]對(duì)，工業(yè)上加一層隔離膜，隔離膜有什么要求？

[生]具有良好的鋰離子通過性。

設(shè)計(jì)意圖： 課的開始引入比能量概念目的有二： 一是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到高比能量電池是電池技術(shù)發(fā)展的永恒追求，正是因這一技術(shù)發(fā)展思想才推動(dòng)電池工業(yè)不斷創(chuàng)新進(jìn)步;二是利用尋找高比能量材料活動(dòng)自然引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)主題鋰電池。LiMnO2電池是成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)的一次鋰電池，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)一的目的是診斷學(xué)生對(duì)原電池裝置構(gòu)成要素及其工作原理的認(rèn)識(shí)水平，考查學(xué)生設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易原電池的技術(shù)能力。通過電解液的探討，彰顯安全可靠是技術(shù)理性的要求，初步具備風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。微型化是電池技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，從技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)層面考慮，自然引出鋰電池中所存在的隔離膜材料。

3.2? 環(huán)節(jié)二? 鋰電池的今天

[師]LiMnO2電池是一次電池，它的應(yīng)用成功激起了二次電池的研究熱潮。1972年，?？松驹赪hittingham領(lǐng)導(dǎo)下采用TiS2作為正極材料、金屬鋰作為負(fù)極材料，開發(fā)出世界上第一個(gè)金屬鋰二次電池，但充放電過程經(jīng)常引起失火乃至爆炸的事故。

[ppt]鋰枝晶問題： 充電過程產(chǎn)生的鋰枝晶刺穿隔離膜，使電池內(nèi)部形成短路，引起失火或爆炸，從而帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患[3]。

[師]因此金屬鋰二次電池尚未實(shí)現(xiàn)商品化便半路夭折了。但是科學(xué)家仍不放棄鋰這么高比能量的材料，既然不能讓鋰離子還原為鋰金屬，那能否找到某種材料將鋰離子先儲(chǔ)存起來(lái)，等到要用的時(shí)候再將鋰離子放出來(lái)呢？

[師]1980年代，Armand等人首次提出用可逆嵌鋰化合物代替金屬鋰作為負(fù)極材料，從而解決了鋰晶體的問題。可逆嵌鋰化合物怎么理解？

[生]可逆就是鋰離子可以嵌入，又可脫出。

[PPT]鋰離子電池工作原理示意圖如圖1所示。

[師]電池兩極都由嵌入化合物充當(dāng)。這樣，兩邊都有“空間”讓鋰離子嵌入。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電的時(shí)候，鋰離子就從鋰電池的正極（電解池中就叫陽(yáng)極）脫出，通過隔膜，嵌入負(fù)極（陰極）;放電時(shí)，嵌在負(fù)極中的鋰離子脫出，經(jīng)過電解質(zhì)溶液移動(dòng)到正極。充放電的過程中，鋰離子就在正負(fù)極間來(lái)回移動(dòng)，科學(xué)家形象地稱之為“搖椅電池”。

[師]在“搖椅電池”影響下，美國(guó)科學(xué)家Goodenough相繼發(fā)現(xiàn)LiCoO2、 LiMn2O4、 LiFePO4都是高效的正極材料。請(qǐng)同學(xué)們思考一下，代替鋰金屬的負(fù)極材料可以用什么呢？要能導(dǎo)電，又有空間可以讓鋰離子嵌入？我們有沒有接觸過這樣的材料？

[生]石墨好像可以，它是層狀結(jié)構(gòu)。

[師]太棒了！負(fù)極的碳材料呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，到達(dá)負(fù)極的鋰離子嵌入到碳層的微孔中。這正是日本科學(xué)家吉野彰（Akira Yoshino）的研究成果，你們也可以獲得諾貝爾獎(jiǎng)了。1991年日本SONY公司采用這一成果，正式推出了以石墨為負(fù)極、LiCoO2為正極的商業(yè)化鋰離子電池，標(biāo)志著電池工業(yè)的一次革命。

[ppt]工作原理如圖2所示。

總反應(yīng)： LixC6+Li1-xCoO2放電充電6C+LiCoO2

[任務(wù)二]依據(jù)鈷酸鋰離子二次電池的示意圖及總反應(yīng)，分析二次電池工作時(shí)如何實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化，書寫相應(yīng)的電極反應(yīng)式。

[學(xué)生]根據(jù)“搖椅電池”原理，當(dāng)電池外接用電器放電時(shí)，Li+從負(fù)極（A）脫出并釋放出一個(gè)電子，Li+經(jīng)電解質(zhì)溶液和隔膜嵌入到正極材料（B）中，電子經(jīng)導(dǎo)線從負(fù)極轉(zhuǎn)移到正極，從而構(gòu)成閉合回路，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能;當(dāng)電池外接電源充電時(shí)，Li+從陽(yáng)極（B）脫出，Li+經(jīng)電解質(zhì)溶液和隔膜嵌入到陰極材料（A）中，電子經(jīng)導(dǎo)線從陽(yáng)極轉(zhuǎn)移到陰極，從而構(gòu)成閉合回路，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

[學(xué)生]上臺(tái)書寫電極反應(yīng)式。

負(fù)極： LixC6-xe-6C+xLi+

正極： Li1-xCoO2+xe-+xLi+LiCoO2

陰極： 6C+xLi++xe-LixC6

陽(yáng)極： LiCoO2-xe-Li1-xCoO2+xLi+

[師]自此，鋰離子電池的研發(fā)蓬勃發(fā)展。21世紀(jì)后，人類社會(huì)大踏步邁入信息時(shí)代，鋰離子電池也逐漸走到了尋常消費(fèi)者的身邊。目前市場(chǎng)上的鋰離子電池的負(fù)極構(gòu)成基本都一樣，不同之處在于正極材料，常見的有LiCoO2、 LiMnO2、 LiNiO2、 LiFePO4等，不同的材料在能量密度、電壓、循環(huán)性、安全性等性能上各有優(yōu)劣[4]。

[師]通過剛才對(duì)鋰離子電池的分析，我們來(lái)總結(jié)提煉二次電池基本模型，如圖3所示。

設(shè)計(jì)意圖： 既然LiMnO2一次電池已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，那么從循環(huán)利用這一技術(shù)思想出發(fā)，開發(fā)鋰二次電池則自然成為研究方向。通過學(xué)習(xí)文獻(xiàn)，學(xué)生能夠理解鋰枝晶造成的安全隱患，再一次強(qiáng)化技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。一方面由于鋰金屬二次電池研究停滯不前，另一方面由于嵌入化學(xué)的發(fā)展，特別是鋰嵌入化合物材料的發(fā)展，研究人員選擇了顛覆性方案，成功開發(fā)出了鋰離子二次電池，由此可見材料的發(fā)展對(duì)電池發(fā)展的巨大推動(dòng)作用。從高考要求來(lái)看，電化學(xué)問題多是有關(guān)二次電池分析型任務(wù)，學(xué)習(xí)任務(wù)二的目的在于復(fù)習(xí)二次電池的工作原理，幫助學(xué)生建立二次電池電化學(xué)認(rèn)知模型，明晰相關(guān)問題的認(rèn)識(shí)思路和認(rèn)識(shí)角度，熟練掌握電化學(xué)用語(yǔ)。

3.3? 環(huán)節(jié)三? 鋰電池的明天

[師]盡管鋰離子電池有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其能量密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足“更高、更快、更強(qiáng)”未來(lái)動(dòng)力電池的需求，新型電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化迫在眉睫。

[新聞]重磅突破！“鋰空氣電池”在美國(guó)面世，儲(chǔ)能最高可達(dá)鋰離子電池的5倍。

[ppt]鋰空氣電池工作原理圖如圖4所示[6]。

[任務(wù)三]依據(jù)鋰空氣二次電池的工作原理示意圖，分析該二次電池工作時(shí)如何實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，書寫相應(yīng)的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。

[生]工作原理圖中，Li電極作為負(fù)極，失去電子，Li+由負(fù)極移動(dòng)到正極?？梢钥吹秸龢O區(qū)O2參與反應(yīng)，生成物是Li2O2。得出電極反應(yīng)式，負(fù)極： Li-e-Li+，正極： O2+2e-+2Li+Li2O2，總反應(yīng)為2Li+O2Li2O2。

[追問]正極區(qū)發(fā)生的變化可視為按三步進(jìn)行，請(qǐng)補(bǔ)充完整。

電極反應(yīng)式： ① O2+e-O-2

② Li++O-2LiO2

③?? 。

[生]根據(jù)正極電極反應(yīng)O2+2e-+2Li+Li2O2，把題中給出的①、 ②減去，就可得到③： LiO2+e-+Li+Li2O2。

[活動(dòng)]若電池電量低，如何連接外接電源？標(biāo)出陰、陽(yáng)極及與外接電源連接、電子移動(dòng)方向、離子移動(dòng)方向，書寫電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。

[生1]外接電源充電時(shí)，原電池負(fù)極連接外電源負(fù)極，作為陰極，因此Li電極是陰極，電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子遷移到陰極，故Li+在陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)： Li++e-Li。

[生2]原來(lái)的正極連接外電源正極，作為陽(yáng)極，陽(yáng)極失去電子，發(fā)生反應(yīng)： Li2O2-2e-O2+2Li+?？偡磻?yīng)為L(zhǎng)i2O22Li+O2。

[教師]兩位同學(xué)說(shuō)得非常好，接下來(lái)我們來(lái)構(gòu)建二次電池問題解決模型，如圖5所示。

設(shè)計(jì)意圖： 與傳統(tǒng)的汽油能量密度相比，鋰離子電池仍顯劣勢(shì)，無(wú)法滿足生產(chǎn)生活較高需求，新形態(tài)鋰二次電池——鋰空氣電池成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，鋰空氣電池具有與汽油燃燒相比擬的能量密度。學(xué)習(xí)任務(wù)三較學(xué)習(xí)任務(wù)二進(jìn)行了變式，略去了電池總反應(yīng)，目的在于評(píng)價(jià)、鞏固學(xué)生對(duì)二次電池模型的認(rèn)識(shí)，歸納總結(jié)二次電池問題解決模型，培養(yǎng)學(xué)生信息獲取能力及“模型認(rèn)知”素養(yǎng)。

3.4? 環(huán)節(jié)四? 鈉離子電池

[師]隨著電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，鋰資源短缺將成為制約其發(fā)展的重要因素。因此，亟需發(fā)展

下一代綜合性能優(yōu)異的儲(chǔ)能電池體系。

[拓展遷移]相比鋰資源而言，鈉儲(chǔ)量十分豐富，約占地殼儲(chǔ)量的2.64%，且分布廣泛、提煉簡(jiǎn)單。同時(shí)，鈉和鋰在元素周期表的同一主族，是非常有發(fā)展?jié)摿Φ碾姵伢w系，近年來(lái)鈉離子電池得到了國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。鈉離子電池具有與鋰離子電池類似的工作原理[7]（見圖6）。

以鈉的層狀氧化物為正極，硬碳材料為負(fù)極，整個(gè)充放電反應(yīng)可表示為：

充電： 陽(yáng)極反應(yīng)NaMO2-xe-Na1-xMO2+xNa+

陰極反應(yīng)C+xNa++xe-NaxC

放電： 正極反應(yīng)Na1-xMO2+xNa++xe-NaMO2

負(fù)極反應(yīng)NaxC-xe-C+xNa+

參考浙江選考近年四份真題及查找相關(guān)資料，結(jié)合今天課堂所學(xué)內(nèi)容，請(qǐng)同學(xué)們課后命制一道以“鈉離子電池”為核心的模擬題。

[結(jié)束]鋰電池從商品化至今已有60多年歷史，電池的容量、安全性等是推動(dòng)電池發(fā)展的內(nèi)在因素，而正負(fù)極、電解質(zhì)溶液、隔離膜等材料的發(fā)展是推動(dòng)電池發(fā)展的外在因素。先前發(fā)展注重容量提升的同時(shí)，更加側(cè)重安全性，隨著安全問題的逐步解決，今后鋰電池發(fā)展更加側(cè)重容量的提升。當(dāng)然電池的發(fā)展還存在較多問題，這有賴于在座同學(xué)們?nèi)スタ?，為能源發(fā)展貢獻(xiàn)你們的才智。

設(shè)計(jì)意圖： 從原料易得、成本低廉等技術(shù)思想要求來(lái)看，鋰可能并不是最理想的電池材料。本節(jié)課簡(jiǎn)要介紹了鈉離子電池，一方面拓展了學(xué)生的技術(shù)視野，另一方面要求學(xué)生命制一道以“鈉離子電池”為核心的模擬題，旨在綜合運(yùn)用本節(jié)課復(fù)習(xí)的內(nèi)容并診斷學(xué)生的掌握情況。

4? 教學(xué)反思

以化學(xué)發(fā)展歷程為線索進(jìn)行復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)，需要深入梳理相關(guān)化學(xué)歷史事件，分析其中蘊(yùn)含的知識(shí)、方法與素養(yǎng)要素，然后根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需要，篩選化學(xué)歷史事件，精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)[8]。此外，不能僅停留在復(fù)習(xí)事實(shí)性知識(shí)層面上，相反，應(yīng)在精心設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng)中汲取前人智慧、領(lǐng)悟思想方法，在問題解決過程中促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化，為今后同類問題的解決提供認(rèn)知模型，實(shí)現(xiàn)從“雙基”教學(xué)到“素養(yǎng)為本”教學(xué)的變遷。