Hoofdstuk 18 accu’s en brandstofcellen
§18.1 Elektrochemische cel
Elektrochemische cellen zetten via redoxreacties chemische energie om in
elektrische energie, dit wordt toegepast bij batterijen en accu’s. Bij deze
redoxreactie zijn er twee reactievaten (halfcellen), een waarin de reactie van
de oxidator verloopt en een voor de reductor. Deze halfcellen worden
verbonden via stroomdraden en een zoutbrug of membraan. In de halfcel
van de reductor is een negatieve elektrode, dit leidt tot een positieve
elektrode in de halfcel van de oxidator. De ionen van de elektrolyt die zich in
de zoutbrug bevinden zorgen voor de stroomgeleiding en dat de stroomkring
gesloten is. In de halfcel van de oxidator zal altijd een negatieve lading ontstaan en in de halfcel van de reductor een
positieve lading, daarom zullen de negatieve ionen van de oxidator naar de reductor verlopen en de positieve ionen in
dezelfde richting als de elektronen.
Om te bepalen of een redoxreactie verloopt moet het verschil tussen de standaardelektrodepotentiaal van de oxidator
en die van de reductor groot genoeg zijn. Hiervoor gebruik je de volgende formule: ∆ V 0 =V 0 oxidator−V 0 reductor .
Deze spanning noem je de bronspanning.
§18.2 Batterij en brandstofcel
Een batterij is een accu die je gemakkelijk kunt verwisselen. Bij oplaadbare batterijen verlopen de redoxreacties tijdens
het opladen in de omgekeerde richting van een normale batterij. De reactieproducten zullen tijdens de stroomlevering
bij de elektroden moeten blijven voor een oplaadbare batterij in tegenstelling tot een wegwerpbatterij. Om de batterij
op te laden moet deze verbonden worden met een externe spanningsbron met een grotere spanning dan die van de
batterij, dit noemen we elektrolyse.
Een brandstofcel is een elektrochemische cel waarbij in de ene halfcel continu zuurstof (oxidator) wordt geleid en in de
andere halfcel reageert een brandstof (reductor). Vaak bestaat de reductor uit waterstof, methaan of methanol.
Brandstofcellen zijn kleiner en lichter dan accu’s en bevatten meer energie.
§18.3 Accu’s en duurzaamheid
De hoeveelheid elektrische energie die per kilogram accu kan worden geleverd, moet zo groot mogelijk zijn voor
vervoersmiddel. De energie per kilogram of per liter van een energiedrager noem je de energiedichtheid. Voor vaste
stoffen is deze gegeven in kg, voor vloeistoffen per L en voor gassen per m 3. Fossiele brandstoffen hebben een hoge
energiedichtheid, terwijl alternatieve duurzame energiebronnen een lage energiedichtheid hebben.
De kwaliteit van energie is het nuttig gebruikte deel van de energie. Bij energieomzettingen veranderd de kwaliteit van
de energie. Elektriciteit heeft een hogere kwaliteit van energie dan warmte. Bij koud weer hebben chemische reacties
een lager rendement.
Alternatieven voor benzine en diesel:
Biobrandstof wordt geproduceerd uit gewassen zoals suikerriet, palmolie en koolzaad. Deze concurreren met
gewassen voor voedsel. De CO2 die biobrandstoffen uitstoten worden weer opgenomen door nieuwe gewassen,
waardoor de concentratie in de lucht niet veranderd.
CNG (compressed natural gas) is aardgas in samengeperste vorm. Dit is methaan, oftewel een fossiele brandstof,
maar stoot minder CO2 uit.
§18.1 Elektrochemische cel
Elektrochemische cellen zetten via redoxreacties chemische energie om in
elektrische energie, dit wordt toegepast bij batterijen en accu’s. Bij deze
redoxreactie zijn er twee reactievaten (halfcellen), een waarin de reactie van
de oxidator verloopt en een voor de reductor. Deze halfcellen worden
verbonden via stroomdraden en een zoutbrug of membraan. In de halfcel
van de reductor is een negatieve elektrode, dit leidt tot een positieve
elektrode in de halfcel van de oxidator. De ionen van de elektrolyt die zich in
de zoutbrug bevinden zorgen voor de stroomgeleiding en dat de stroomkring
gesloten is. In de halfcel van de oxidator zal altijd een negatieve lading ontstaan en in de halfcel van de reductor een
positieve lading, daarom zullen de negatieve ionen van de oxidator naar de reductor verlopen en de positieve ionen in
dezelfde richting als de elektronen.
Om te bepalen of een redoxreactie verloopt moet het verschil tussen de standaardelektrodepotentiaal van de oxidator
en die van de reductor groot genoeg zijn. Hiervoor gebruik je de volgende formule: ∆ V 0 =V 0 oxidator−V 0 reductor .
Deze spanning noem je de bronspanning.
§18.2 Batterij en brandstofcel
Een batterij is een accu die je gemakkelijk kunt verwisselen. Bij oplaadbare batterijen verlopen de redoxreacties tijdens
het opladen in de omgekeerde richting van een normale batterij. De reactieproducten zullen tijdens de stroomlevering
bij de elektroden moeten blijven voor een oplaadbare batterij in tegenstelling tot een wegwerpbatterij. Om de batterij
op te laden moet deze verbonden worden met een externe spanningsbron met een grotere spanning dan die van de
batterij, dit noemen we elektrolyse.
Een brandstofcel is een elektrochemische cel waarbij in de ene halfcel continu zuurstof (oxidator) wordt geleid en in de
andere halfcel reageert een brandstof (reductor). Vaak bestaat de reductor uit waterstof, methaan of methanol.
Brandstofcellen zijn kleiner en lichter dan accu’s en bevatten meer energie.
§18.3 Accu’s en duurzaamheid
De hoeveelheid elektrische energie die per kilogram accu kan worden geleverd, moet zo groot mogelijk zijn voor
vervoersmiddel. De energie per kilogram of per liter van een energiedrager noem je de energiedichtheid. Voor vaste
stoffen is deze gegeven in kg, voor vloeistoffen per L en voor gassen per m 3. Fossiele brandstoffen hebben een hoge
energiedichtheid, terwijl alternatieve duurzame energiebronnen een lage energiedichtheid hebben.
De kwaliteit van energie is het nuttig gebruikte deel van de energie. Bij energieomzettingen veranderd de kwaliteit van
de energie. Elektriciteit heeft een hogere kwaliteit van energie dan warmte. Bij koud weer hebben chemische reacties
een lager rendement.
Alternatieven voor benzine en diesel:
Biobrandstof wordt geproduceerd uit gewassen zoals suikerriet, palmolie en koolzaad. Deze concurreren met
gewassen voor voedsel. De CO2 die biobrandstoffen uitstoten worden weer opgenomen door nieuwe gewassen,
waardoor de concentratie in de lucht niet veranderd.
CNG (compressed natural gas) is aardgas in samengeperste vorm. Dit is methaan, oftewel een fossiele brandstof,
maar stoot minder CO2 uit.
