Tower block-spel som Jenga kan användas för att förklara för skolbarn hur litiumjonbatterier fungerar, möta ett utbildningsbehov för att bättre förstå en kraftkälla som har blivit livsviktig i vardagen.

Medan litiumjonbatterier finns i överflöd i så många av våra elektroniska enheter, från smarta telefoner till elfordon, resurserna som finns för att lära barn hur de fungerar och varför de är viktiga är begränsade.

Ett team på University of Birminghams School of Chemistry, har tagit fram ett pedagogiskt verktyg som använder tornblocksspelet Jenga för att förklara processerna som fungerar inuti battericellerna och elektrokemin bakom dem. Deras metod publiceras i Journal of Chemical Education .

Ett uppladdningsbart litiumjonbatteri består av en oxid- och en grafitelektrod. Dessa är vanligtvis byggda i lager separerade med en elektrolyt. När batteriet är laddat, litiumjoner rör sig från grafiten till oxidelektroden via elektrolyten. Nuvarande samlare, som elektroderna är belagda på, låta elektroner röra sig via en extern krets, ger kraft.

Genom att använda lagren av block, barn kan få en känsla av hur batteriet är uppbyggt och hur de olika komponenterna interagerar med varandra. Batteriet Jenga kan visa batteridrift och nyckelegenskaper. Interkalationen, eller lager, kemin för laddning och urladdning av denna typ av batteri kan enkelt visualiseras. Genom att ta bort några tomma block i grafitelektroden (dessa block representerar tomt utrymme mellan grafitlagren), en elev kan flytta Li-jon-blocken från oxidelektroden till grafitelektroden. Den omvända processen kommer att ske vid urladdning.

Enkelheten i denna demonstration ger en grund för att komplex kemi och redoxreaktioner ska förklaras. Betydelsen och säkerheten av avgiftshastigheten för olika applikationer kan också visas, när eleverna tar bort litiumjonblocken från oxidelektroderna i varierande hastighet. Den snabbare laddningen leder alltid till att Jenga-strukturen kollapsar.

Tornblockspelet kan också visa hur batteriets prestanda minskar vid fortsatt användning genom att visa hur blocken blir något förskjutna när litiumblocken tas bort och sätts in igen.

Forskaren Elizabeth Driscoll förklarar:"Handliga demonstrationer är kända för att vara ett användbart sätt att stödja lärande - lärare använder ofta citroner eller potatis för att förklara konventionella icke-uppladdningsbara batterier, till exempel. Men vi vet att elektrokemi är ett knepigt område för lärare, vilket ofta leder till missuppfattningar bland eleverna. Vi ville designa en praktisk aktivitet som skulle hjälpa till att hantera detta och förklara denna uppladdningsbara typ."

Genom att introducera tornblockset med starka kontrasterande färger och olika texturer, teamet kunde också ta fram undervisningsverktyg som skulle vara mer inkluderande för elever som är blinda eller synskada.

Aktiviteterna har testats med flera besökande skolor under det senaste året, inklusive:Royal Society of Chemistrys Top of the Bench-demonstrationsföreläsning, med positiv feedback från både lärare och elever. Uppsättningarna har också gjort ett framträdande vid offentliga evenemang på museer, från vetenskapsmuseet ThinkTank i Birmingham till Manchester Science Museum och Royal Institution i London.

Nästa steg för teamet blir att göra det möjligt för verksamheten att bli allmänt tillgänglig för fler elever och ge stöd till pedagoger i dessa ämnen. Finansiering från Faraday Institution och Royal Society of Chemistry har redan gjort det möjligt för 100 små jenga-set att levereras till en gymnasieskola i Birmingham. Taktila klassrumsset kommer också att tillhandahållas till New College Worcester och Bolton Sensory Support. Lärare som är intresserade av att producera sina egna uppsättningar kan få tillgång till fullständiga instruktioner via open access-dokumentet i Journal of Chemical Education .