Hoofdstuk 16 RedOx
,
, Toets A
███ Opgave 1 Zink-cerium redox flow batterij
Zink is een metaal dat veel wordt gebruikt in batterijen omdat het goedkoop is,
gemakkelijk kan worden gerecycled en veel voorkomt op aarde. Een zink-cerium redox
flow batterij is gebaseerd op de redoxkoppels Zn/Zn2+ en Ce3+/Ce4+.
2p a Beredeneer met behulp van Binas tabel 48 welke deeltjes bij stroomlevering aan de
elektroden zullen reageren.
Op de bijlage bij deze opgave is de bouw van deze batterij schematisch weergegeven.
Er zijn twee reservoirs met elektrolytvloeistoffen. Reservoir A bevat een oplossing van
zinkmethaansulfonaat in methaansulfonzuur. Reservoir B bevat een oplossing van
cerium(III)methaansulfonaat in methaansulfonzuur. De batterij moet dan nog opgeladen
worden. Bij het opladen wordt aan de linker elektrode zinkmethaansulfonaat omgezet
tot onder andere zink. Aan de rechter elektrode wordt cerium(III)methaansulfonaat
omgezet tot onder andere cerium(IV)methaansulfonaat.
Bij stroomlevering worden de twee vloeistoffen door twee pompen door de accu
gepompt. De accu bevat een ionselectief membraan. De elektrode waar het zinkkoppel
reageert, bestaat uit koolstof. De andere elektrode is gemaakt van titaan.
Methaansulfonzuur heeft de formule CH3HSO3 en is een éénwaardig zuur.
Voor vraag b en c mag je ervan uitgaan dat de relatieve posities van de redoxkoppels in
tabel 48 niet zijn veranderd.
Voor de negatieve elektrode geldt bij stroomlevering de volgende, onvolledige
halfreactie:
Zn(s) + CH3SO3H → Zn(CH3SO3)2 + H+
2p b Maak deze halfreactie kloppend.
2p c Geef de vergelijking voor de reactie aan de positieve elektrode. In de halfreactie komen
onder andere H+ ionen en methaansulfonzuurmoleculen voor.
Op de bijlage staat een onvolledig schema voor deze redox flow batterij getekend.
2p d Geef in deze tekening de plaats van het membraan en de positieve en negatieve
elektrode aan.
De vaste stof zink speelt een rol bij deze redox flow batterij.
2p e Geef in de tekening op de bijlage aan, waar het zink zich zal bevinden. Teken ook de
elektronenstroom bij stroomlevering.
De hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen kun je op verschillende manieren
beïnvloeden.
2p f Noem twee manieren waarop je de opslagcapaciteit kunt verhogen.
De spanning van één cel ligt rond de 2,43 V. Bij het opladen moet de spanning meer
dan 2,43 V zijn om opladen mogelijk te maken. Deze hoge spanning heeft tot gevolg dat
bij het opladen van de cel nevenreacties kunnen optreden.
2p g Leg aan de hand van een voorbeeld uit waarom het bij deze spanning mogelijk is dat er
nevenreacties op gaan treden.
,
, Toets A
███ Opgave 1 Zink-cerium redox flow batterij
Zink is een metaal dat veel wordt gebruikt in batterijen omdat het goedkoop is,
gemakkelijk kan worden gerecycled en veel voorkomt op aarde. Een zink-cerium redox
flow batterij is gebaseerd op de redoxkoppels Zn/Zn2+ en Ce3+/Ce4+.
2p a Beredeneer met behulp van Binas tabel 48 welke deeltjes bij stroomlevering aan de
elektroden zullen reageren.
Op de bijlage bij deze opgave is de bouw van deze batterij schematisch weergegeven.
Er zijn twee reservoirs met elektrolytvloeistoffen. Reservoir A bevat een oplossing van
zinkmethaansulfonaat in methaansulfonzuur. Reservoir B bevat een oplossing van
cerium(III)methaansulfonaat in methaansulfonzuur. De batterij moet dan nog opgeladen
worden. Bij het opladen wordt aan de linker elektrode zinkmethaansulfonaat omgezet
tot onder andere zink. Aan de rechter elektrode wordt cerium(III)methaansulfonaat
omgezet tot onder andere cerium(IV)methaansulfonaat.
Bij stroomlevering worden de twee vloeistoffen door twee pompen door de accu
gepompt. De accu bevat een ionselectief membraan. De elektrode waar het zinkkoppel
reageert, bestaat uit koolstof. De andere elektrode is gemaakt van titaan.
Methaansulfonzuur heeft de formule CH3HSO3 en is een éénwaardig zuur.
Voor vraag b en c mag je ervan uitgaan dat de relatieve posities van de redoxkoppels in
tabel 48 niet zijn veranderd.
Voor de negatieve elektrode geldt bij stroomlevering de volgende, onvolledige
halfreactie:
Zn(s) + CH3SO3H → Zn(CH3SO3)2 + H+
2p b Maak deze halfreactie kloppend.
2p c Geef de vergelijking voor de reactie aan de positieve elektrode. In de halfreactie komen
onder andere H+ ionen en methaansulfonzuurmoleculen voor.
Op de bijlage staat een onvolledig schema voor deze redox flow batterij getekend.
2p d Geef in deze tekening de plaats van het membraan en de positieve en negatieve
elektrode aan.
De vaste stof zink speelt een rol bij deze redox flow batterij.
2p e Geef in de tekening op de bijlage aan, waar het zink zich zal bevinden. Teken ook de
elektronenstroom bij stroomlevering.
De hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen kun je op verschillende manieren
beïnvloeden.
2p f Noem twee manieren waarop je de opslagcapaciteit kunt verhogen.
De spanning van één cel ligt rond de 2,43 V. Bij het opladen moet de spanning meer
dan 2,43 V zijn om opladen mogelijk te maken. Deze hoge spanning heeft tot gevolg dat
bij het opladen van de cel nevenreacties kunnen optreden.
2p g Leg aan de hand van een voorbeeld uit waarom het bij deze spanning mogelijk is dat er
nevenreacties op gaan treden.
