← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Expert · Werkboek · 27. Elektrochemie: batterijen, brandstofcellen en elektrolyse
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
E27. Elektrochemie: batterijen, brandstofcellen en elektrolyse — werkboek
EExpert · deel E5 · Chemie en materialen

Werkboek · hoofdstuk 27Elektrochemie: batterijen, brandstofcellen en elektrolyse

Van halfreacties naar een begrensd waterstofscenario

Je telt eerst elektronen en lading, rekent daarna systeemverliezen en onderzoekt tenslotte seizoensopslag zonder jaarenergie met beschikbaar vermogen te verwarren.

4× oefenen4× toepassen4× uitdagen± 480 min0/12 gedaan
MMaterie en chemieEEnergieLElektriciteit en elektronica
Een opslagkeuze vraagt energie, vermogen, systeemgrenzen en een gecontroleerd ontwerp.
Een opslagkeuze vraagt energie, vermogen, systeemgrenzen en een gecontroleerd ontwerp.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
27.1

Halfreacties en tekens

Oefenen6Rekenen25 min
Zn²⁺/Zn: −0,76 V; Cu²⁺/Cu: +0,34 V, beide reductiepotentialen.
  1. a
    Schrijf de galvanische halfreacties, n en E°; wat gebeurt er bij verdubbeling van de vergelijking?
27.2

Lading en capaciteit

Oefenen6Rekenen25 min
12,8 V/120 Ah-accu; 80 % bruikbare ontlaaddiepte.
  1. a
    Bereken coulomb, nominale en bruikbare kWh; geef de twee-paralleluitkomst.
27.3

Moleculen uit stroom

Oefenen6Rekenen25 min
Eén elektrolysecel 20 A gedurende 30 min, ηF=1.
  1. a
    Bereken mol en gram H₂.
27.4

Opslagretour

Oefenen6Rekenen25 min
Eén kg H₂, LHV 120 MJ/kg, netto elektrisch rendement 45 %.
  1. a
    Bereken elektrische kWh en levertijd bij 300 W.
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
27.5

Nernst met Q

Toepassen7Rekenen25 min
Daniell E° = 1,10 V; 25 °C, n = 2, Q = 0,01.
  1. a
    Bereken E en vergelijk met Q 100.
27.6

Serie, parallel en spanningseindpunt

Toepassen7Analyseren25 min
Denkbeeldige LiFePO₄-cellen 3,2 V/100 Ah; maximum 3,65 V als verstrekte celwaarde. Bestaande railrekenrange 44–56 V.
  1. a
    Bereken 16S-nominaal/maximum/energie en geef de compatibiliteitsvraag.
27.7

Faradisch versus energetisch rendement

Toepassen7Analyseren25 min
Elektrolyser ηF 98 %, celspanning 2,10 V; thermoneutrale referentie 1,481 V.
  1. a
    Geef de HHV-celenergieschatting en verklaar waarom 98 % geen 98 % energie is.
27.8

Stationdagbuffer als selectievoorstel

Toepassen7Rekenen25 min
Scenario 10 kWh AC-last per dag, twee dagen zonder productie; DOD 80 %, omvormer 93 %, nominale rekenrail 48 V.
  1. a
    Bereken minimale nominale kWh en Ah; noem ontbrekende dimensioneringsgegevens.
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
27.9

Uurprofiel versus jaargetal

Uitdagen9Programmeren75 min
Gebruik het synthetische 48 V-profiel en behoud 1000 kWh aangeboden zomerenergie.
  1. a
    Halveer elektrolyservermogen en verdubbel minimumlast afzonderlijk; vergelijk H₂ en niet afgenomen energie.
  2. b
    Maak een tegenvoorbeeld met dezelfde jaarenergie maar onvoldoende wintervermogen.
Zo wordt dit beoordeeld
ElektrochemieHalfreacties, elektronen, tekenen, Faraday en thermodynamische grens correct.
SysteemVermogen/energie, rail, capaciteit, warmte, water en hulpverbruik onderscheiden.
BewijsUurprofiel, systeem-/datasheetgrenzen en fysieke interface aangetoond; scenario zichtbaar.
27.10

Habitat: seizoensopslag doorrekenen

Uitdagen9Habitat90 min
3013 kWh systeembalansoverschot en 175 kWh oud wintertekort. Scenario 55+3 kWh/kg, DC 96 %, netto cel 50 % LHV.
  1. a
    Bereken benodigde H₂, zomerinvoer en beschikbare-fractieondergrens.
  2. b
    Schrijf de bewijsvoorwaarden voor een echte installatie.
Zo wordt dit beoordeeld
ElektrochemieHalfreacties, elektronen, tekenen, Faraday en thermodynamische grens correct.
SysteemVermogen/energie, rail, capaciteit, warmte, water en hulpverbruik onderscheiden.
BewijsUurprofiel, systeem-/datasheetgrenzen en fysieke interface aangetoond; scenario zichtbaar.
27.11

Energiedichtheid met eerlijke grens

Uitdagen9Onderzoeken55 min
Een leverancier noemt 33,3 kWh/kg H₂; een tweede 120 Wh/kg compleet batterijpack. Geen overige gegevens.
  1. a
    Welke vergelijking ontbreekt en hoe maak je een toetsbare tabel?
Zo wordt dit beoordeeld
ElektrochemieHalfreacties, elektronen, tekenen, Faraday en thermodynamische grens correct.
SysteemVermogen/energie, rail, capaciteit, warmte, water en hulpverbruik onderscheiden.
BewijsUurprofiel, systeem-/datasheetgrenzen en fysieke interface aangetoond; scenario zichtbaar.
27.12

Een stroombalans zonder energiecreatie

Uitdagen9Ontwerpen60 min
Iemand vermenigvuldigt 55 kWh/kg elektrolyse met 50 % brandstofcelrendement en claimt 27,5 kWh/kg retour.
  1. a
    Herstel de balans, toon de ontbrekende energiebasis en geef een sluitende Sankey voor 1000 kWh railinvoer.
Zo wordt dit beoordeeld
ElektrochemieHalfreacties, elektronen, tekenen, Faraday en thermodynamische grens correct.
SysteemVermogen/energie, rail, capaciteit, warmte, water en hulpverbruik onderscheiden.
BewijsUurprofiel, systeem-/datasheetgrenzen en fysieke interface aangetoond; scenario zichtbaar.
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet