Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Batterier To hovedtyper: – Ikke-oppladbare batterier – Oppladbare batterier.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Batterier To hovedtyper: – Ikke-oppladbare batterier – Oppladbare batterier."— Utskrift av presentasjonen:

1 Batterier To hovedtyper: – Ikke-oppladbare batterier – Oppladbare batterier

2 Ikke-oppladbare batterier - tørrelementer En galvanisk celle blir også kalt et element Ikke-oppladbare batterier kan bestå av tørrelementer. Et tørrelement er en galvanisk celle, og kalles tørrelement fordi innholdet ser tørt ut Flere tørrelementer (eller celler) kan koples sammen i serie, da får vi høyere spenning på batteriet Et 4,5 V batteri, som består av tre tørrelementer.

3 Et tørrelement i et batteri er bygd opp med en negativ elektrode av sink og en positiv elektrode med grafitt Sinkelektroden avgir elektroner og oksideres til Zn 2+ Grafittstaven er den positive elektroden, og der reduseres mangan (IV) i MnO 2 til mangan (III) Spenningen over elektrodene i dette tørrelementet (eller cellen) er 1,5 V

4 Alkaliske batterier Mens innholdet i tørrelementer er surt, er innholdet i et alkalisk batteri basisk. Alkaliske batterier er heller ikke oppladbare Sink blir oksidert Mn(IV) i MnO 2 blir redusert Ytterst er det en tett stålbeholder som gjør at batteriet ikke lekker

5 Knappcellebatterier Flere typer, en av de vanligste er sølvoksidbatteriet. Ikke oppladbare Den positive elektroden er av Ag 2 O(s) som er blandet med grafitt for at den skal lede strøm Den negative elektroden er sink Mellom elektrodene er det en porøs skillevegg som inneholder KOH(aq)

6 Knappcellebatterienes kjemi Den negative elektroden er av sink. I den positive elektroden er det Ag 2 O, der det er Ag +. Vi får to mulige halvceller: Ag + (aq) + e - → Ag(s)E 0 = 0,80 V Zn 2+ (aq) + 2e - → Zn(s)E 0 = -0,76 V Standard reduksjonspotensial er større for sølv enn for sink, dermed blir sølv redusert og sink oksidert. Reaksjonen for sink må snus: Reduksjon: Ag + (aq) + e - → Ag(s)E 0 = 0,80 V Oksidasjon: Zn(s) → Zn 2+ (aq) + 2e - -E 0 = -(-0,76 V) = 0,76 V Cellereaksjon: 2Ag + (aq) + Zn(s) → 2Ag(s) + Zn 2+ (aq) E 0 celle = 0,80 V + 0,76 V = 1, 56 V

7 Oppladbare batterier Bilbatteriet er et oppladbart batteri. Andre eksempler er batterier i mobiltelefoner, mp-3-spillere og annet bærbart utstyr

8 Nikkel-kadmium-batterier Noen batterier, som nikkel-kadmium-batterier og blybatterier kan lades opp igjen Nikkel-kadmium-batterier brukes i bærbart utstyr, blybatteriet brukes i biler Nikkel-kadmium-batteriet består gjerne av flere celler. I hver celle blir kadmium oksidert, fra Cd(0) til Cd(+II) og nikkel blir redusert, fra Ni(+IV) til Ni(+II): Cd(s) + NiO 2 (s) + 2H 2 O(l) → Cd(OH) 2 (s)+ Ni(OH) 2 (s) – Reaksjonen er spontan mot høyre og skjer når batteriet leverer strøm – Hver celle har en spenning på 1,4 V – Når batteriet lades, tvinger vi reaksjonen til å gå motsatt vei ved å legge på en høyere, ytre spenning fra batteriladeren

9 Blybatteriet (bilbatteriet) I bilbatteriet er elektrodene laget av bly (anode, oksidasjon) og bly(IV)oksid (katode, reduksjon). Elektrodene står i svovelsyre, og ved hver elektrode blir det dannet bly(II)sulfat (se eksempel side 202 i boka) Når cellen i bilbatteriet er utladet, er det bly(II)sulfat på begge elektrodene. Under utladingen blir det også dannet vann, og batteritilstanden kan sjekkes ved å måle tettheten av svovelsyre Når bilbatteriet lades går reaksjonene motsatt vei igjen

10 Beregning av cellepotensial for et batteri Finn ut hva halvcellene består av Hent i tabellen to halvreaksjoner som passer med stoffene i halvcellene Behold halvreaksjonen med høyeste standard reaksjonspotensial som reduksjon Snu den andre halvreaksjonen til oksidasjon og skift fortegn på E 0 Legg sammen reaksjoner og halvcellepotensialer. Da får du cellereaksjonen og E 0 celle (som for et batteri skal være positivt)

11 Indre motstand i batterier Når vi lader et batteri eller tapper mye strøm på kort tid, blir det varmt. Noe av energien som tilføres eller tappes blir avgitt som varme Dette skyldes at det er en indre motstand i batteriet. Noe av energien som blir tilført eller avgitt går over til bevegelsesenergi for ionene i batteriet. Da stiger temperaturen Tapper vi mye strøm fra et batteri på kort tid, synker (eller faller) spenningen fordi det blir en opphoping eller et underskudd av ioner rundt elektrodene. Dette jevner seg ut hvis batteriet får hvile litt

12 Brenselceller En brenselcelle er et batteri der vi hele tiden etterfyller utgangsstoffer (brenselet) til halvcellene og fjerner reaksjonsproduktene etter hvert som halvreaksjonene går Den vanligste brenselcellen er hydrogengass-oksygengass- cellen. Elektrodene er laget av materiale som katalyserer reaksjonene. Mellom elektrodene er det en skillevegg som slipper igjennom protoner (H + ), men ikke elektroner (e - ). Reaksjonene foregår kontrollert og gir elektrisk strøm Animasjon fra viten: slik virker en brenselcelleslik virker en brenselcelle

13 I brenselcellen blir hydrogengass og oksygengass tilført og absorbert i hver sin elektrode Ved elektrodene blir molekylene spaltet i atomer – Ved den negative elektroden vil H-atomer avgi elektroner når cellen leverer strøm. H + -ionene som dannes vandrer gjennom skilleveggen mot den positive elektroden – Ved den positive elektroden vil O-atomene ta opp elektroner og H +, og danne vann Oksidasjon: H 2 (g)→ 2H + (aq) + 2 e - E 0 = 0,00 V Reduksjon: O 2 (g) + 4H + (aq) + 4e - → 2H 2 O(l)E 0 = 1,23 V Cellereaksjon: O 2 (g) + H 2 (g)→ 2H 2 O(l)E 0 celle = 1,23 V

14 Batterikapasitet Elektrisitetsmengden som totalt kan hentes ut av et fulladet batteri, blir oppgitt i amperetimer, Ah Denne elektrisitetsmengden kalles batterikapasitet Batterikapasiteten er et mål på hvor mange elektroner som går fra den negative til den positive polen når et fulladet batteri tappes helt for strøm Vi kan beregne hvor stor massen av et grunnstoff i et batteri må være for å ha en gitt batterikapasitet

15 Batterikapasitet – et eksempel Vi skal se på nikkel-kadmium-batteriet: – Har en batterikapasitet på 1, 8 Ah – Cellereaksjon: Cd(s) + NiO 2 (s) + 2H 2 O(l) → Cd(OH) 2 (s)+ Ni(OH) 2 (s) – Det er kadmium som er elektronkilden når batteriet leverer strøm Hvor mye kadmium trengs for at batterikapasiteten skal være 1,8 Ah?

16 – I beregningene må vi oppgi den elektrisitetsmengden som blir avgitt når elektronene går fra batteriet og ut i ledningen – SI-enheten for elektrisitetsmengde er coloumb, C. 1 C er den elektrisitetsmengden som på ett sekund passerer et tverrsnitt av en leder når strømmen er 1 ampere. 1 C = 1 A ∙ s – Et batteri med kapasitet 1, 8 Ah kan da avgi: 1,8 Ah = 1,8 A ∙ 3600 s = 6480 As = 6480 C Elektrisitetsmengden per mol elektroner er C/mol. Dette tallet kaller vi faradaykonstanten. Vi kan bruke denne konstanten og finne stoffmengden elektroner som avgis fra kadmiumbatteriet: Stoffmengde e - = 6480 C : C/mol = 0,0672 mol

17 Halvreaksjonen for kadmium i batteriet er Cd → Cd e - Vi ser at 2 mol e - ↔ 1 mol Cd eller 1 mol e - ↔ 1/2 mol Cd Stoffmengde kadmium som omsettes i batteriet er derfor halvparten av stoffmengde elektroner: 0,0672 mol ∙ 0,5 = 0,0336 mol Mm(Cd) = 112,4 g/mol Masse Cd i batteriet: 112,4 g/mol ∙ mol = 3,78 g For at vi skal kunne ta ut en elektrisitetsmengde på 1,8 Ah fra et nikkel-kadmium-batteri, må batteriet inneholde 3,8 g kadmium. Dessuten må batteriet inneholde nok Ni(IV) til å ta imot alle elektronene fra kadmium Hvilken elektrisitetsmengde må et helt utladet batteri av denne typen tilføres for å lades opp igjen?


Laste ned ppt "Batterier To hovedtyper: – Ikke-oppladbare batterier – Oppladbare batterier."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google