I giochi con le torri, come Jenga, possono essere utilizzati per spiegare agli scolari il funzionamento delle batterie agli ioni di litio, rispondendo all'esigenza educativa di comprendere meglio una fonte di energia che è diventata vitale per la vita quotidiana.
Sebbene le batterie agli ioni di litio siano presenti in molti dei nostri dispositivi elettronici, dagli smartphone ai veicoli elettrici, le risorse disponibili per insegnare ai bambini come funzionano e perché sono importanti sono limitate.
Un team della Scuola di Chimica dell'Università di Birmingham ha ideato uno strumento educativo che utilizza il gioco dei grattacieli Jenga per spiegare i processi che avvengono all'interno delle celle delle batterie e l'elettrochimica che ne è alla base. Il loro metodo è pubblicato sul Journal of Chemical Education.
I blocchi di costruzione della tecnologia delle batterie: l'utilizzo di set di giochi a torre modificati per spiegare e aiutare la comprensione delle batterie ricaricabili agli ioni di litio.
Una batteria ricaricabile agli ioni di litio è costituita da un elettrodo di ossido e uno di grafite. Questi sono generalmente costruiti in strati separati da un elettrolita. Quando la batteria viene caricata, gli ioni di litio si spostano dalla grafite all'elettrodo di ossido attraverso l'elettrolita. I collettori di corrente, su cui sono rivestiti gli elettrodi, permettono agli elettroni di muoversi attraverso un circuito esterno, fornendo energia.
Utilizzando gli strati di blocchi, i bambini possono capire come è costruita la batteria e come i diversi componenti interagiscono tra loro. Il Jenga della batteria può mostrare il funzionamento della batteria e le sue caratteristiche principali. La chimica di intercalazione, o a strati, della carica e della scarica di questo tipo di batteria può essere facilmente visualizzata. Rimuovendo alcuni blocchi vuoti nell'elettrodo di grafite (questi blocchi rappresentano lo spazio vuoto tra gli strati di grafite), uno studente può spostare i blocchi di ioni di litio dall'elettrodo di ossido all'elettrodo di grafite. Il processo inverso si verificherà al momento della scarica.
La semplicità di questa dimostrazione fornisce una base per spiegare la chimica complessa e le reazioni redox. L'importanza e la sicurezza della velocità di carica per le diverse applicazioni possono essere dimostrate anche quando gli studenti rimuovono i blocchi di ioni di litio dagli elettrodi di ossido a velocità diverse. La carica più veloce porta invariabilmente al collasso della struttura Jenga.
Il gioco del grattacielo può anche dimostrare come le prestazioni della batteria si riducano con l'uso continuato, mostrando come i blocchi si spostino leggermente quando i blocchi di litio vengono rimossi e reinseriti.
La ricercatrice Elizabeth Driscoll spiega: "Le dimostrazioni pratiche sono note per essere un modo utile di supportare l'apprendimento: gli insegnanti usano spesso limoni o patate per spiegare le batterie convenzionali non ricaricabili, per esempio. Ma sappiamo che l'elettrochimica è un settore difficile per gli insegnanti, che spesso porta a idee sbagliate tra gli studenti. Volevamo progettare un'attività pratica che aiutasse a risolvere questo problema e a spiegare questo tipo di batterie ricaricabili".
Introducendo set di blocchi a torre con colori fortemente contrastanti e texture diverse, il team è stato anche in grado di ideare strumenti didattici più inclusivi per gli studenti non vedenti o ipovedenti.
Nell'ultimo anno le attività sono state sperimentate con diverse scuole in visita, tra cui la conferenza dimostrativa Top of the Bench della Royal Society of Chemistry, con riscontri positivi sia da parte degli insegnanti che degli studenti. I set hanno fatto la loro comparsa anche in occasione di eventi pubblici nei musei, dal Thinktank science museum di Birmingham al Manchester Science Museum e alla Royal Institution di Londra.
Il prossimo passo del team sarà quello di rendere l'attività ampiamente accessibile a un maggior numero di studenti e di fornire supporto agli educatori su questi temi. I finanziamenti della Faraday Institution e della Royal Society of Chemistry hanno già permesso di fornire 100 piccoli set Jenga a una scuola secondaria di Birmingham.
I set per aule tattili saranno forniti anche al New College di Worcester e al servizio di supporto sensoriale di Bolton. Gli educatori interessati a produrre i propri set possono accedere alle istruzioni complete tramite il documento ad accesso libero pubblicato sul Journal of Chemical Education.
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Questo articolo è stato pubblicato originariamente dall'Università di Birmingham.
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