§17.3 Opslag van energie

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 6

• Behandelen §17.3
• oefenen met de stof

Wat gaan we doen vandaag?

Na deze les kun je de volgende uitleggen en in de juiste context gebruiken:

• het opslaan van elektrische energie in batterijen.
• verschillende soorten oplaadbare batterijen. 

Wat weet je na deze les

Ik heb de onbekende halfreacties van het HAINES practicum kunnen opstellen

😒🙁😐🙂😃

Wat heb je gedaan en gezien?

C6H12O6 → C6H12O7

Compenseer O met H2O

C6H12O6 + H2O → C6H12O7 

Compenseer H met H+ en maak lading kloppend

C6H12O6 + H2O → C6H12O7 + 2H+

Basisch milieu!!

C6H12O6 + H2O + 2OH - → C6H12O7 + 2H+ + 2OH- + 2e-

1e halfreactie

C6H12O6 + 2OH- 

→ 

C6H12O7 + H2O + 2e-

2 Cu2+ → Cu2O

Compenseer O met H2O

2 Cu2+ + H2O → Cu2O

Compenseer H met H+ en maak de lading kloppend

Cu2+ + H2O + 2e- → Cu2O + 2H+ 

Basische omgeving!

Cu2+ + H2O + 2OH- + 2e- → Cu2O + 2H+ + 2OH -

2e halfreactie

2 Cu2+ + 2OH- + 2e-

→ 

Cu2O + H2O 

2 Cu2+ + 2OH- + 2e-            →   Cu2O + H2O                    

C6H12O6 + 2OH-                 →   C6H12O7 + H2O + 2e-

Optellen:

2 Cu2++ 4 OH- + C6H12O6  →   Cu2O + 2 H2O + C6H12O7

Totaal reactie

Fase toevoegen en klaar!

2 Cu2+(aq) + 4 OH- (aq) + C6H12O6  (aq) →   Cu2O (s) + 2 H2O (l) + C6H12O7 (aq)

Energie opslag

Opslag als brandstof

Opslag in batterij/accu

Opladen van een batterij/accu met 

een 

redox reactie  

die de 

omgekeerde richting op loopt 

met een 

externe stroombron

Opladen van een accu

Opladen van een loodaccu

De loodaccu bestaat uit:

• Een plaat lood
• Een plaat lood bedekt met lood(IV)oxide
• Electrolyt: een bad verdund zwavelzuur
  

 

De loodaccu

Schrijf de formules van alle deeltjes in het reactiemengsel op. (OOK H2O)

• Pb
• Pb(IV)O2
  
• H2O
  
• H+
  
• SO42-
  

 

Stap 1: welke deeltjes

Loodaccu

• Check Binas 48 (Oxidator of Reductor) 

• Wat is de sterkste oxidator en wat is de sterkste reductor.  

• Staat de oxidator boven de reductor? 
  

Stap 2 t/m 6

Geef de halfreacties van de
sterkste oxidator en sterkste reductor

• Check Binas 48 (Oxidator of Reductor) 

• Wat is de sterkste oxidator en wat is de sterkste reductor.  

• Staat de oxidator boven de reductor? 
  

Stap 2 t/m 6

Sterkste oxidator

PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42- + 2e-  → PbSO4(s) + H2O(l)  

Sterkste redactor

Pb + SO42- → PbSO4(s) + 2e-

Tabel 45A

OXIDATOR:

Pb(IV) neemt 2 e- op → Pb(II)

Pb(II) met SO42- geeft een neerslagreactie

O2- reageert met H+ → zuur/base reactie

REDUCTOR:

Aan Pb electrode ontstaat nu PbSO4 neerslag

Wat is er gebeurd met de 0 2- van PbO2? Geef de naam van de reactie en het reactieproduct.

Hoe ziet dat eruit?

• PbO2 raakt op
  
• ook aan de + pool wordt er PbSO4 gevormd (ten koste van PbO2)
  

Let op: 

H+ en SO42- reageert weg bij het ‘leeglopen’ van de accu en wordt dus minder zuur

De uitgeputte accu

• De polen zijn volledig bedekt met PbSO4
  
• Zwavelzuur is weggereageerd

• Externe bron aansluiten op de accu (- pool op - pool)
  

• Zorgt ervoor dat de halfreactie andersom plaatsvinden:
  

Het opladen van de loodaccu

Sterkste oxidator

PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42- + 2e-  ← PbSO4(s) + H2O(l)  

Sterkste redactor

Pb + SO42- ← PbSO4(s) + 2e-

• PbSO4 reageert weg tot Pb en SO42-

• Aan de andere kant worden electronen weggetrokken en PbSO4 veranderd in PbO2
  

Daarom: is je accu leeg van je auto leeg?

Of opstarten met startkabels of aanduwen.

Daarna een half uurtje rijden op de snelweg. Want.........de dynamo van je auto levert dan stroom om PbSO4 weg te laten reageren en zo de accu op te laden

 

Het opladen van de loodaccu

Lijkt op een brandstofcel en een elektrochemische cel.

• Electroden alleen voor geleiding
  

De redox-flow accu

Lijkt op een brandstofcel en een elektrochemische cel.

• Electroden alleen voor geleiding
  
• Twee vloeistoffen gescheiden door een semi-permeabel membraan
  
• De vloeistoffen circuleren in hun eigen reservoir

 

De redox-flow accu

Lijkt op een brandstofcel en een elektrochemische cel.

• Electroden alleen voor geleiding
  
• Twee vloeistoffen gescheiden door een semi-permeabel membraan
  
• De vloeistoffen circuleren in hun eigen reservoir
• De uitwisseling van ionen gaat via het membraan
• REDOX reactie levert de stroom

Voordeel: Geen vaste platen die meedoen, alleen vloeistoffen → levensduur +++

Nadeel: Grotere electrolyte tank geeft meer energie opslag

 

De redox-flow accu

Overtollige elektrische energie kan opgeslagen worden in accu’s of kan gebruikt worden om door elektrolyse waterstof te maken.

Het opladen van batterijen gebeurt via een geforceerde redoxreactie waarbij van buitenaf spanning op de elektroden gezet wordt. 

Bij het opladen verlopen de halfreacties in de omgekeerde richting ten opzichte van die bij stroomlevering.

Duurzaamheid is een belangrijke ontwerpeis bij de ontwikkeling van batterijen waarbij zowel prestaties als milieuaspecten een rol spelen.

Samenvattend

Wat hebben we vandaag geleerd?

4.4 Rekenen aan reacties - basis

Zie de studiewijzer op magister.me