Welke combinatie van stoffen krijg je de meeste stroom?

[ikke2902]

welke combinatie van stoffen krijg je de meeste stroom in een batterij?

bestaan er ook berekeningen voor?

[Bart]

Daar is geen antwoord op. In principe kun je zoveel batterijen in parallel zetten dat je de gewenste stroom krijgt.

Batterijen worden tegenwoordig in detail gemodelleerd met behulp van computers. Daarin worden de massa stromen, chemische reacties, porositeit van de elektroden en verouderingsverschijnselen in meegenomen.

[robj]

Of bedoelt ikke2902 hoe je een batterij krijgt met de hoogste spanning ("Volt")?

Daar kun je aan de hand van - bijvoorbeeld - BINAS-tabel 48 (standaardelektrodepotentialen) namelijk wel iets over zeggen.

[Hari]

opzichzelf ben ik naar dat laatste ook wel nieuwsgierig: welke combinatie geeft het hoogste voltage?

Maar kun je aan de hand van het binas ook uitrekenen hoeveel stroom je maximaal kunt halen uit maximaal (ik noem maar wat) 1kg materiaal of bijvoorbeeld 1 liter?

De eerste vraag ben ik meer nieuwsgierig naar...

En ik ben 0,0 chemicus, dus de vergelijkingen hier voor mij uittypen is niet nuttig maar voor ikke2902 misschien wel?

[ikke2902]

hari.

Jij weet echt wat ik wilde weten.

kan iemand dat vraag van Hari beantwoorden.

dat is namelijk wat ik wilde weten.

ik he iets over het bereken van aantal volts met Nernst.

er is iets met aantal mol reductor en aantal mol oxidator.

iets in die richting.kan iemand dat uitleggen?

[Bart]

opzichzelf ben ik naar dat laatste ook wel nieuwsgierig: welke combinatie geeft het hoogste voltage?

Maar kun je aan de hand van het binas ook uitrekenen hoeveel stroom je maximaal kunt halen uit maximaal (ik noem maar wat) 1kg materiaal of bijvoorbeeld 1 liter?

En daarmee bedoel je dus het potentiaalverschil tussen twee electrodes. Want ik als ik een aantal electrode paren in serie zet, kan ik het voltage ook verhogen.

De hoeveelheid materiaal bepaald de capaciteit (lading) van de batterij. De snelheid waarmee je deze lading uit de batterij trekt is stroom (stroom is gedefineerd als de hoeveelheid lading per tijdseenheid). De maximum stroom uit een batterij hangt van een heel hoop parameters af. Hierbij moet je onder andere denken aan de massastroom in het electrolyt (de vloeistof waarin de twee electrodes zich bevinden), diffusie en reactiesnelheden in de electrodes zelf, de interne weerstand, de warmteontwikkeling in de batterij en eventuele secundaire reacties (als je te snel laad/ontlaad kunnen er andere reacties in de batterij optreden waardoor deze ontploft). Het is dus niet eenduiding om de maximum stroom uit een batterij te bepalen.

[robj]

En ik ben 0,0 chemicus, dus de vergelijkingen hier voor mij uittypen is niet nuttig maar voor ikke2902 misschien wel?

Als je 0,0 chemicus bent (dus ook geen kennis op middelbare-schoolniveau) dan wordt het een beetje lastig. In feite heeft Bart het al beantwoord, maar je kunt theoretisch toch wel het een en ander uitrekenen.

Als je weet welke stoffen (OX en RED) je gaat gebruiken, kun je in de BINAS tabel 48 de halfvergelijkingen opzoeken. Daaruit kun je afleiden hoeveel mol elektronen door 1 mol stof geleverd kan worden. De lading van 1 mol elektronen is bekend (dat is de constante van Faraday oftewel 9,65 x 10⁴ C mol^-1 ). Met behulp van de massa van 1 mol stof kun je dus uitrekenen hoeveel lading ("capaciteit") je maximaal uit de batterij krijgt. Er moet van beide stoffen (OX en RED) natuurlijk voldoende aanwezig zijn, zodat de hoeveelheid mol elektronen die voor de OX nodig is ook door de RED geleverd kan worden.

Maar zoals Bart al zegt, in de praktijk haal je deze theoretische capaciteit nooit. Het ontwerp van de bekende alkaline-batterij is er op gericht om zoveel mogelijk de theoretische capaciteit te benaderen, maar ook daar lukt het niet helemaal.

[Hari]

ok laten we de vraag vernauwen:

We nemen materiaal x, met een volumatische inhoud van 8cm3 (2 x2 x2 cm)

en we nemen een materiaal y van 8cm3

deze twee materialen hangen we in een vloeistof z van 1 liter

met welke combinatie van materialen krijgen we de:

1 hoogste voltage?

2 meeste wattuur? (ik denk dat dat ikke bedoelde)

mijn nieuwsgierigheid gaat veooral uit naar het voltage vraag.

[ikke2902]

wat Hari zegt wil ik ook weten.

maar heeft iemand iets van Nernst gehoort of gezien.

ik heb ergens gelezen dat het een of ander formule is om

de voltage of ampere te bereken.

als iemand het toevallig weet. wil ik het best graag weten.

[Benm]

De totale hoeveelheid stroom (in Ah?) die je maximaal kunt betrekken is wel uit te rekenen - bekijk hoeveel mol er in die 8cm3 gaat voor iedere electrode. Neem de electrode met het laagste aantal mol, en vermenigvuldig met faraday. Je antwoord is dan het theoretsch maximum in ampere-seconde. Wil je naar de totale energie toe dan moet je vermenigvuldingen met het potentiaalverschil, dat overigens afhankelijk is van ionconcentraties in het electroliet en daarmee afwijkt van de cijfers in de binas.

Erg precies wordt dit allemaal niet, maar het geeft je iig een indicatie.

[Marko]

Moet je wel even bekijken hoeveel electronen er per mol worden overgedragen. En dan nog moet je je afvragen wat je wil: zoveel mogelijk capaciteit per volume-eenheid, of zoveel mogelijk energie (capaciteit * spanning) per volume-eenheid, of gewoon een zo hoog mogelijke spanning.

Met de wet van Nernst kun je het potentiaalverschil (=spanning) in een electrochemische cel berekenen. Hij vertelt je niet welke materialen de hoogste spanning zouden kunnen genereren. Daarvoor zou je de Binas-tabel kunnen gebruiken, en dan de sterkste oxidator (F₂) en de sterkste reductor (Li) kunnen combineren (spanning ca. 6V). Helaas is daar in de praktijk niet echt een bruikbare cel van te maken.

Er bestaan overigens nog wel sterkere oxidatoren dan F₂, maar die hebben al helemaal geen praktische waarde als het om batterijen gaat.

[robj]

De vergelijking van Nernst geeft de theoretische elektrodepotentiaal als functie van de concentratie van de reagerende stoffen. De getallen in de BINAS zijn de potentialen onder standaard-omstandigheden. F₂ en Li zijn in aanwezigheid van water niet bruikbaar, omdat deze met water reageren (deze stoffen oxideren resp. reduceren het water). Je zou dan in een watervrij milieu moeten werken (bv gesmolten zout) en dat is voor een amateur praktisch onuitvoerbaar.

Als je meer wilt weten over de 'voltagevraag', zou ik je willen adviseren om eens in een HAVO of VWO scheikundeboek te kijken (hoofdstuk redoxreacties) hoe het een en ander in zijn werk gaat. Ook staat daar in hoe je de (bron)spanning van een batterij kunt berekenen.

Zoals al eerder gezegd is dit theoretisch. In de praktijk spelen nog een heleboel andere factoren een rol.

[ikke2902]

ik keek in de binas tabel 48 (de standaard-elektrode-potentiaal.)

ik zie een negatieve getal zowel als een positieve getal!

wat zal dat betekenen?

betekent die getallen bij de standaard-elektrode-potentiaal de hoeveelheid spanning die geleverd worden?

[Bart]

Nee, het geeft de potentiaal van de electrode weer die van dat materiaal is gemaakt. Voor een batterij heb je twee electrodes nodig. De spanning over de batterij is gelijk aan het potentiaalverschil van de electrodes. Het spreekt dus voor zich dat voor een hoog voltage, je een electrode met een negatieve potentiaal en een electrode met een positieve potentiaal wilt hebben.