Vraag 11Battolyser
Schreef je op papier? Maak een foto van je uitwerking op papier. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Elektriciteit kan duurzaam worden opgewekt met behulp van energie van de zon of de wind. De hoeveelheid energie uit deze bronnen is echter niet constant. Daarom is onderzocht of een tijdelijk energie-overschot kan worden opgeslagen voor gebruik op momenten dat er weinig zon of wind is. Afhankelijk van de termijn tussen de productie en het gebruik van de energie, is een andere vorm van opslag geschikt: − korte termijn (dag-nacht): opslag in een batterij; − lange termijn (weken-seizoenen): opslag in een brandstof. De ‘battolyser’, die ontwikkeld is aan de TU Delft, kan energie opslaan in een batterij en eveneens waterstof produceren door elektrolyse van water.
De battolyser is schematisch weergegeven in figuur 1. De battolyser bestaat uit twee ruimtes die gescheiden zijn door een membraan. Het membraan is doorlaatbaar voor hydroxide-ionen. De ruimtes zijn gevuld met een zeer basische oplossing van kaliumhydroxide en bevatten elk een elektrode. Elke ruimte bevat ook een buis waardoor een gas wordt afgevoerd en een buis waardoor water kan worden aangevuld. figuur 1 Bij het gebruik van de battolyser zijn twee fasen te onderscheiden: de energieopslag en de energielevering. Energieopslag Wanneer de batterij wordt opgeladen, wordt energie opgeslagen. Het proces dat hierbij plaatsvindt, kan met de volgende vergelijking worden weergegeven (reactie 1): Fe(OH) (s) + 2 Ni(OH) (s ) → Fe (s) + 2 NiO(OH) (s) + 2 H O (l) 2 2 2 NiO(OH) kan beschouwd worden als opgebouwd uit nikkelionen, oxide-ionen en hydroxide-ionen. In NiO(OH) komen twee bindingstypen voor.
Op de uitwerkbijlage is het energiediagram van reactie 1 nog onvolledig weergegeven. In dit energiediagram ontbreken het niveau van de geactiveerde toestand en het niveau van de reactieproducten.
IJzer en NiO(OH), die ontstaan tijdens het opladen van de batterij, zijn katalysatoren voor de elektrolyse van water. Daardoor wordt in de battolyser, wanneer de batterij al voor een deel opgeladen is, netto water omgezet volgens de volgende halfreacties: elektrode A: 2 H O + 2 e – → H + 2 OH – 2 2 elektrode B: 4 OH – → O + 2 H O + 4e – 2 2 De gevormde waterstof kan vervolgens worden gebruikt als (grondstof voor) brandstof.
Laat zien aan de hand van de gegeven vergelijkingen van de halfreacties, dat netto water wordt omgezet.