Lithium-luchtbatterij
Alle eindexamens

Eindexamen

Lithium-luchtbatterij

Dit zijn opgaven 18 t/m 25 uit het eindexamen scheikunde vwo 2023 tijdvak 1. 

Wil je bij opgave 1 starten? Ga dan naar het begin van dit examen.

 

Lithium-luchtbatterij

Om in een batterij zoveel mogelijk lading op te slaan in zo weinig mogelijk massa, worden batterijen ontworpen waarin zuurstof  uit de lucht als oxidator optreedt. In zo’n batterij is dan alleen de reductor opgeslagen. De eigenschappen van de reductor  bepalen dan in hoge mate de ladingsdichtheid. Ladingsdichtheid is gedefinieerd als de hoeveelheid lading per massa-eenheid. De aluminium-luchtbatterij is bijvoorbeeld al verkrijgbaar en veel onderzoek wordt verricht aan de lithium-luchtbatterij.

Vraag 18 (2 punten)

Leid met behulp van een berekening af welke van deze twee batterijen de hoogste ladingsdichtheid heeft.

Vraag 19 (2 punten)

In figuur 1 is een lithium-luchtbatterij schematisch  weergegeven. In deze opgave worden eerst de elektroden en  dan het membraan besproken.

 

I de elektroden
Op het grensvlak van het lithium en het membraan verloopt bij stroomlevering halfreactie 1.

Leg uit of de lithiumelektrode bij stroomlevering de  positieve of de negatieve elektrode is.

Vraag 20 (2 punten)

Een onderzoeksgroep heeft voor de poreuze elektrode een elektrode-materiaal ontwikkeld op basis van een polymeer.  In het materiaal zijn katalysatordeeltjes aanwezig, die de omzetting van zuurstof katalyseren. Bij deze omzetting  wordt onder andere het O2–-ion gevormd. Dit ion is erg reactief en tast organische oplosmiddelen en membranen  aan. Een van beide atomen in het O2–-ion voldoet niet aan  de oktetregel.

Voer de volgende opdrachten uit:

  1. Teken een grensstructuur van het O2–-ion. Geef hierbij (de) formele lading(en) aan.
  2. Leg uit waarom het O2–-ion zo reactief is.

 

Vraag 21 (3 punten)

De katalysator die door de onderzoeksgroep werd gebruikt, is erg duur en door de vele bijreacties raakte het  elektrodemateriaal snel beschadigd. Een andere  onderzoeksgroep heeft een elektrodemateriaal ontwikkeld  op basis van een eiwit. Dit materiaal bleek de genoemde  nadelen minder te vertonen. De eerste stappen in de productie van dit materiaal waren globaal als volgt:

  1. Het DNA van een virus wordt gemodificeerd.
  2. Het virus produceert een eiwit.
  3. Aan een oplossing van dit eiwit wordt in licht basisch milieu een oplossing met daarin Mn2+-ionen toegevoegd. De Mn2+-ionen binden aan de peptideketens door middel  van ion-bindingen.

De onderzoekers hebben de genetische code voor het eiwit veranderd met als doel dat de  peptideketens meer Mn2+-ionen konden binden. Hieronder zijn met behulp van de 1-lettersymbolen van  aminozuren de volgordes weergegeven van de  aminozuureenheden in een deel van het oorspronkelijke  eiwit en in een deel van het genetisch gemodificeerde eiwit.

peptideketen A ~ADVYESALPDPAKAAFN~
peptideketen B ~ADVYESALPDPAEAAFE~

Leg uit welke peptideketen bij hogere pH het meest Mn2+-ionen kan binden: peptideketen A of peptideketen B.

Vraag 22 (2 punten)

II het membraan
Het membraan in de lithium-luchtbatterij is een composiet die bestaat uit een polymeer en een zogeheten ionische  vloeistof. Een ionische vloeistof is een zout dat bij kamertemperatuur vloeibaar is. Hiernaast is een van de  aanwezige ionen van het gebruikte zout weergegeven. De lading van het ion is hierbij weggelaten.

Leid af wat de lading is van dit ion.

Vraag 23 (3 punten)

Als polymeer voor het membraan gebruikten de onderzoekers het copolymeer PVDF-HFP. Dit copolymeer is door  polyadditie ontstaan uit 1,1-difluoretheen en hexafluorpropeen.

Teken de structuurformule van een gedeelte van een molecuul PVDF-HFP. Dit gedeelte moet komen uit het midden van het molecuul en moet bestaan uit één eenheid van beide monomeren.

Vraag 24 (2 punten)

Het lithium in de batterij mag niet in contact komen met lucht of water. Het membraan moet daarom heel precies in  vorm worden gebracht. Een materiaal kan op twee manieren in vorm worden gebracht:

  1. Door het te smelten, waarna het in een mal kan worden gespoten;
  2. Door bewerkingen, zoals snijden en slijpen.

Leg uit of het copolymeer PVDF-HFP in de juiste vorm kan  worden gebracht door het materiaal te smelten, waarna het in een mal kan worden gespoten.

Vraag 25 (4 punten)

De totaalvergelijking van de omzettingen die verlopen in de lithium-luchtbatterij is hieronder weergegeven.

2 Li + O2 → Li2O2

Omdat de lithium-luchtbatterij oplaadbaar is, kan deze batterij worden gebruikt in bijvoorbeeld een auto. Het  nuttig rendement bij de omzetting van chemische energie  naar bewegingsenergie is hierbij 70%. De rest van de energie gaat verloren aan warmteontwikkeling en wrijving. De onderzoekers hebben een lithium-luchtbatterij gemaakt die 45 g lithium bevatte. De vormingswarmte van Li2O2 is  –6,43 ∙ 105 J mol–1.

Bereken de maximale nuttige energie in joule die door deze lithium-luchtbatterij kan worden geleverd.

Geef de uitkomst in het juiste aantal significante cijfers en gebruik ^ als het exponent in je antwoord (6,7×10-2 = 6,7×10^-2).

Let op: op een examen verwacht een docent de hele berekening zoals in de uitwerking staat.

Vul een antwoord in.

Helaas. Het antwoord is niet juist. Probeer het nog een keer!

Klopt! Het gegeven antwoord is juist.

Dit is het einde van het eindexamen scheikunde vwo 2023 tijdvak 1.

Bron: examenblad.nl

Bekijk ook eens

studiehulp icoon Biodiesel uit algen
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Biodiesel uit algen
Vragen 1 t/m 5 uit eindexamen scheikunde vwo 2023 tijdvak 1.
Lees meer
studiehulp icoon Gerolsteiner®
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Gerolsteiner®
Vragen 6 t/m 11 uit eindexamen scheikunde vwo 2023 tijdvak 1.
Lees meer
studiehulp icoon Glyfosaat
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Glyfosaat
Vragen 12 t/m 17 uit eindexamen scheikunde vwo 2023 tijdvak 1.
Lees meer
studiehulp icoon Dioxines en PCB’s
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Dioxines en PCB’s
Vragen 1 t/m 4 uit eindexamen scheikunde vwo 2022 tijdvak 3.
Lees meer
studiehulp icoon Alcoholen uit CO2
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Alcoholen uit CO2
Vragen 5 t/m 10 uit eindexamen scheikunde vwo 2022 tijdvak 3.
Lees meer
studiehulp icoon Biodiesel uit sheaboter
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Biodiesel uit sheaboter
Vragen 11 t/m 13 uit eindexamen scheikunde vwo 2022 tijdvak 3.
Lees meer
studiehulp icoon Bacteriële polymeren
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Bacteriële polymeren
Vragen 14 t/m 19 uit eindexamen scheikunde vwo 2022 tijdvak 3.
Lees meer
studiehulp icoon Ademtest voor leverziekte
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Ademtest voor leverziekte
Vragen 20 t/m 24 uit eindexamen scheikunde vwo 2022 tijdvak 3.
Lees meer
studiehulp icoon Cadmiumgeel
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Cadmiumgeel
Vragen 1 t/m 6 uit eindexamen scheikunde vwo 2022 tijdvak 2.
Lees meer
studiehulp icoon Merox
Scheikunde | Vwo | 6
Eindexamen
Merox
Vragen 7 t/m 12 uit eindexamen scheikunde vwo 2022 tijdvak 2.
Lees meer