Posts tagged redox
pElement (tool)
May 1st
Voor wie op zoek is naar een lichtgewicht desktop programma om alle informatie uit het periodiek systeem bij de hand te hebben is pElement het antwoord.
In dit mini-programma kun je de belangrijkste gegevens van de elementen terugvinden, waaronder de fysische gegevens en electronconfiguraties. Maar de kracht van het programma ligt in het feit dat er ook een aantal belangrijke tabellen aan toe zijn gevoegd, zoals deze redoxtabel.
Redoxtabel uit pElement
Het programma is hier te downloaden.
Overzicht tabellen
- Redoxtabel
- Fundamentele constanten
- Vermenigvuldigingsfactoren
- Supergeleidende metalen
- Eenheid omzetting
Lithium-lucht batterijen
Mar 20th
Redoxchemie, of je er van houdt of niet, we gaan er allemaal aan geloven. Zo lang de vraag naar brandstof toeneemt en de voorraad fossiele brandstoffen alleen maar afneemt, dringt onderzoek naar alternatieve energiedragers aan.
Waterstof
Waterstof is de populairste op dit gebied. De ontwerptekeningen voor auto’s die op waterstof rijden liggen – bij wijze van spreken – al klaar. Met zo’n 4 kg moleculair waterstof kan je ongeveer van Maastricht naar Groningen rijden (300 km). Echter kleven er ook nadelen aan waterstof, waarvan het grootste nadeel de opslag is.
Wanneer je waterstof als gas opslaat (dus gewoon H2), heb je een vat nodig dat onder een compressie staat van ongeveer 200 bar. En dat is een forse druk, vergelijk het maar met LPG van 8 bar.
Sinds een aantal jaren zijn er ook manieren om waterstof op te slaan in een metaalrooster, als metaalhydride. Dit zorgt voor een flinke volume afname, zoals je ziet op onderstaande afbeelding. Intussen zijn er alweer betere metaalhydriden gevonden die een nóg kleiner volume innemen.
Lithium-lucht batterij
Lithium kan het trucje ook. Veel gehoorapparaatjes werken met een lithium-lucht batterij. Natuurlijk is het de zuurstof die de redoxreactie aangaat. De zuurstof wordt gewoon uit de lucht gehaald. De volgende redoxreacties treden op wanneer je deze batterij gebruikt (ontlaad):
Li+ + O2 + e- 
2 LiO2
Echter bracht deze reactie te weinig energie op om bijvoorbeeld een auto aan te drijven. Vooral het instabiele Li+ deeltje zorgde voor problemen: lading hoopte zich op aan de anode en kathode.
Een stapje dichter bij
Wetenschappers in Japan hebben een methode gevonden om dit probleem te omzeilen. Ze gebruiken een waterige azijnzuur-water-lithium-acetaat elektrolyt om het energieverlies te minimaliseren. In hun ontwerp is de Li-anode beschermd tegen de waterlaag door een polymeer laag, die de stabiliteit verbetert. De waterige elektrolyt vermindert ladingsophoping (ladings ontlading polarisatie). De onderzoekers schatten dat de batterij een energiedichtheid heeft van 779 W h/kg. Dat is meer dan het dubbele dan dat van een typische lithium-ion batterij en hoger dan de vorige lithium-lucht batterijen (naar verluidt 250-350 W h/kg).
Optimaliseren
Deze eigenschappen maken de lithium-lucht batterij een veel betere kandidaat om auto’s aan te drijven. Maar er is nog werk te verrichten, zeggen de onderzoekers. Het team onderzoekt momenteel een aantal componenten van de batterij: o.a. het verbeteren van de verhouding vermogen:gewicht, het verminderen van de elektrode weerstand en het minimaliseren van gevormde bijproducten na herhaald gebruik van de batterij.
De batterij van de toekomst: nano-elektrodes
Jan 29th
Hoe zou de batterij van de toekomst eruit zien?
De huidige Lithium-ion (Li-on) accu is prima geschikt voor bijvoorbeeld laptops of mobiele telefoons, maar naarmate de technologie zich verder ontwikkelt, hoe meer vermogen de apparaten zullen vragen. De batterij van de toekomst moet echter niet alleen veel vermogen kunnen leveren, het moet ook licht van gewicht zijn en uiteraard milieuvriendelijk.
Chemici in Duitsland en China hebben de oplossing. Zij hebben een manier gevonden voor het opbergen van meer lading in een batterij die ook nog eens veel efficiënter te werk gaat.
In Lithium-ion batterijen zijn de elektrodes (de plus en min pool van een batterij) gemaakt van grafiet (koolstof). Als de batterij is opgeladen bevindt zich een grote hoeveelheid lithium-ionen aan de anode. Als de batterij gebruikt wordt migreren deze ionen naar de kathode met een elektronenstroom als gevolg. Echter heeft koolstof een lage opslagcapaciteit en snelheid van afgifte.
Eerder al zijn koolstof nanobuisjes en TiO2 getest, zonder significant resultaat. ‘Titaniumdioxide op zich is totaal niet geschikt als elektrode,’ aldus Joachim Maier van het Max Planck Institute for Solid State Research in Stuttgart. ‘Ondanks dat TiO2 lithium-ionen effectief kan vasthouden, diffunderen ze langzaam door de structuur. Het kan wel een paar jaar duren om enkele millimeters dik kristal te vullen.’
Uit dit onderzoek blijkt dat het vullen van een kristal bestaande uit TiO2 als nanodeeltje met lithium-ionen, maar enkele milliseconden duurt.
Nano 'kabels' met hoog geleidende kern. Rechts is een gevormd 3D netwerk te zien
Met dit in gedachte hebben de onderzoekers koolstof nanobuisjes gecoat met een zeer dun nano laagje TiO2. Het resultaat is een kristallijne vaste stof die lithium-ionen kan opsluiten. De nanobuisjes vormen een zeer goed geleidende kern en maken hiermee de elektrodes zeer goed geleidend.
Deze nieuwe batterij is maarliefst vier keer krachtiger dan de huidige lithium-ion batterij. Met als – misschien wel – grootste voordeel dat deze batterij niet ’slijt’. Dat wil zeggen dat de verbindingen niet breken bij het herhaaldelijk opladen en ontladen van de batterij. Uit het onderzoek blijkt dat er bijna geen capaciteitsverlies optreedt na 100 maal de ontlaad/oplaad cyclus te hebben doorlopen.
