Vraag 21Lithium-ion-accu’s recyclen
Uitwerkbijlage
Print de uitwerkbijlageDeze vraag beantwoord je op de uitwerkbijlage. Print hem en vul hem in, of neem de figuur over op papier. Stuur daarna een foto van wat je hebt ingevuld.
Schreef je op papier? Maak een foto van de ingevulde uitwerkbijlage. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- In Binas of ScienceData zoek je de energiegegevens op die bij deze stoffen horen.
- Met de reactievergelijking rereken je om naar de hoeveelheid aluminium uit de vraag.
- Daarna teken je het ontbrekende energieniveau, met een bijschrift erbij.
- Tot slot zet je de energieverandering in het diagram, op de plek die bij je berekening past.
Hier verliezen leerlingen punten
- Bij een uitkomst ontbreekt vaak de eenheid, terwijl de vraag om een getal met eenheid vraagt.
- Een antwoord zonder tussenstappen levert weinig punten op, dus laat zien hoe je aan je getal komt.
- Het niveau in je diagram moet kloppen met je berekende waarde, dus controleer die twee na het tekenen.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
In steeds meer elektrische voertuigen zitten lithium-ion-accu’s (LIA’s). Daardoor neemt ook het afval van afgedankte LIA’s toe. Afgedankte LIA’s moeten apart ingezameld worden. De elektrolytvloeistof bevat namelijk de stof LiPF , die 6 gemakkelijk reageert met water. Bij deze reactie ontstaan lithiumfluoride en de giftige stoffen waterstoffluoride ( HF ) en fosforylfluoride ( POF ). 3
De ingezamelde LIA’s kunnen worden gerecycled, om zo min mogelijk metalen verloren te laten gaan. Figuur 1 toont de samenstelling van een bepaald type LIA met aluminium behuizing. figuur 1 19% grafiet (negatieve elektrode) 33% actieve stof (positieve elektrode) 11% koper 18% aluminium 15% elektrolytvloeistof (inclusief behuizing) 4% plastics De positieve elektrode van dit type LIA bevat een actieve stof met lithium-ionen, nikkel-ionen, mangaan-ionen en kobalt-ionen. De verhoudingsformule kan als volgt worden genoteerd: LiNi Mn Co O . 0,80 0,10 0,10 2
Afgedankte LIA’s zijn vaak nog deels opgeladen. Voordat de LIA’s worden gerecycled, worden ze ontladen. Dit kan door ze in een oplossing van natriumchloride in water te leggen. Beide elektroden moeten contact maken met de oplossing.
Het Belgische bedrijf Umicore heeft een proces ontwikkeld om nikkel en kobalt terug te winnen uit LIA’s. Dit proces maakt gebruik van een oven met drie temperatuurzones (vereenvoudigd weergegeven in figuur 2). De LIA’s worden samen met zand, aluminiumoxide en ongebluste kalk van bovenaf in de oven gebracht. In elke zone vindt een ander onderdeel van het recyclingproces plaats. De gassen die in zone 1, 2 en 3 ontstaan, stijgen op en worden verzameld voor verdere reiniging. Gedurende het verblijf in de oven zakken vaste stoffen en vloeistoffen naar beneden en komen ze in een steeds hetere omgeving. figuur 2 30-50% LIA’s toevoer lucht afvoer zand met extra O gassen 2 aluminiumoxide ongebluste kalk zone 1 T < 300 °C { (elektrolyt verdampt) zone 2 T ≈ 700 °C { (plastics ontleden) zone 3 { T = 1200 -1400 °C (behuizing reageert) afvoer vaste stoffen en gesmolten metalen Op de uitwerkbijlage staat een tabel over aluminium.
De hoge temperatuur in zone 3 wordt bereikt door de exotherme reactie tussen aluminium en zuurstof (reactie 1). 4 Al + 3 O → 2 Al O (reactie 1) 2 2 3 Op de uitwerkbijlage is het energiediagram van reactie 1 onvolledig weergegeven. In dit energiediagram ontbreekt het niveau van het reactieproduct.
Voer op de uitwerkbijlage de volgende opdrachten uit: – Bereken de reactiewarmte (∆E) in J per 4 mol aluminium van reactie 1. Gebruik Binas-tabel 57 of ScienceData-tabel 9.2. – Teken in het energiediagram het ontbrekende energieniveau van aluminiumoxide, met bijschrift. – Geef ∆E op de juiste plaats in het energiediagram aan.