Tel: 024.7300.7989 - Phone: 1800.6947 (Thời gian hỗ trợ từ 7h đến 22h)

Giỏ hàng của tôi
Trang chủ
Luyện thi đại học môn Hóa

Pin nhiên liệu dòng chảy Vanadium (VRFB) là một hệ thống điện hóa lưu trữ năng lượng quy mô

Câu hỏi số 969263:
Vận dụng

Pin nhiên liệu dòng chảy Vanadium (VRFB) là một hệ thống điện hóa lưu trữ năng lượng quy mô lớn, trong đó điện năng được tích trữ dưới dạng hóa năng của các ion kim loại vanadium hòa tan trong môi trường sulfuric acid (H2SO4). Hệ thống cơ bản gồm:

Anode (cực âm): Bồn chứa anolyte, dung dịch hệ V2+/V3+ được bơm vào buồng phản ứng. Quá trình xả điện xảy ra sự oxi hóa: V2+ (màu tím) ⟶ V3+ (màu xanh lá) + e.

Cathode (cực dương): Bồn chứa catholyte, dung dịch hệ VO2+/VO2+ được bơm vào buồng phản ứng. Quá trình xả điện xảy ra sự khử: VO2+ (màu vàng) + 2H+ + e ⟶ VO2+ (màu xanh dương) + H2O.

Đúng Sai
a) Nhược điểm của pin VRFB là sự khuếch tán chéo các ion qua màng trong quá trình vận hành dài hạn sẽ gây nhiễm bẩn hóa học, làm hỏng vĩnh viễn dung dịch điện li và buộc nhà máy tốn chi phí thay mới toàn bộ hóa chất.
b) Dựa vào sự thay đổi màu sắc của dung dịch trong các bồn chứa, ta có thể xác định được trạng thái sạc (hoặc xả) của pin.
c) Để hệ thống cung cấp đủ một lượng điện lượng tương đương 0,5 mol electron ra mạch ngoài, khối lượng ion $V^{2+}$ tối thiểu bị tiêu thụ tại anode là 25,5 gam.
d) Trong quá trình pin xả điện phát ra mạch ngoài, các ion $H^+$ sẽ di chuyển xuyên qua màng trao đổi proton theo chiều từ khoang anode sang khoang cathode.

Đáp án đúng là: S; Đ; Đ; Đ

Quảng cáo

Xem lời giải
Câu hỏi:969263
Phương pháp giải

a) Dựa trên đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin dòng chảy vanadium (VRFB) liên quan đến thành phần hóa học của dung dịch điện li ở hai ngăn.

b) - Xác định các trạng thái oxi hóa của vanadium trong hai dung dịch điện ly (anolyte và catholyte).

- Ghi nhớ màu sắc đặc trưng của các ion vanadium trong dung dịch: $V^{2+}$ (tím), $V^{3+}$ (xanh lá), $VO^{2+}$ (xanh lam) và $VO_2^+$ (vàng).

- Phân tích sự chuyển đổi giữa các ion trong quá trình sạc và xả để dự đoán sự thay đổi màu sắc.

c) Xác định phản ứng xảy ra tại anode (cực âm) của pin dòng chảy Vanadium (VRFB) trong quá trình phóng điện.

d) - Trong quá trình xả điện (pin điện hóa), anode là cực âm (nơi xảy ra quá trình oxi hóa) và cathode là cực dương (nơi xảy ra quá trình khử).

- Để duy trì sự trung hòa điện tích giữa hai khoang dung dịch, các ion dương (cation) sẽ di chuyển về phía cathode và các ion âm (anion) sẽ di chuyển về phía anode.

Giải chi tiết

a) sai, vì trong hệ thống pin VRFB, cả hai ngăn anode và cathode đều sử dụng các dạng oxi hóa khác nhau của cùng một nguyên tố là vanadium ($V^{2+}/V^{3+}$ và $VO^{2+}/VO_2^+$) hòa tan trong dung dịch $H_2SO_4$. Khi xảy ra hiện tượng khuếch tán chéo các ion qua màng, chúng chỉ gây ra phản ứng tự xả làm giảm hiệu suất năng lượng tạm thời mà không gây nhiễm bẩn hóa học bởi các nguyên tố lạ. Do đó, dung dịch điện li không bị hỏng vĩnh viễn mà có thể được phục hồi hoàn toàn bằng các biện pháp kỹ thuật như trộn lẫn hoặc tái cân bằng điện hóa. Đây thực tế là một ưu điểm lớn của VRFB giúp tiết kiệm chi phí vận hành vì dung dịch điện li có tuổi thọ cực cao, gần như vô hạn.

b) đúng, vì pin dòng chảy Vanadium (VRFB) hoạt động dựa trên sự thay đổi trạng thái oxi hóa của vanadium ở cả hai cực:

Ở cực âm (Anolyte): Cặp oxi hóa - khử là $V^{3+}/V^{2+}$.

- Khi sạc: $V^{3+}$ (xanh lá) nhận electron chuyển thành $V^{2+}$ (tím). Dung dịch chuyển từ màu xanh lá sang màu tím.

- Khi xả: $V^{2+}$ (tím) nhường electron chuyển thành $V^{3+}$ (xanh lá). Dung dịch chuyển từ màu tím sang màu xanh lá.

Bằng cách quan sát màu sắc của dung dịch trong các bồn chứa, ta có thể xác định được tỉ lệ giữa các dạng ion, từ đó xác định được trạng thái sạc.

c) đúng, vì trong quá trình phóng điện của pin VRFB, tại anode xảy ra quá trình oxi hóa ion $V^{2+}$ thành $V^{3+}$:

$$V^{2+}(aq) \rightarrow V^{3+}(aq) + 1e^-$$

$\left. n_{V^{2 +}} = n_{e} = 0,5(mol)\Rightarrow m_{V^{2 +}} = 0,5.50,94 = 25,47(g) \right.$

d) đúng, vì tại cathode (cực dương): Xảy ra quá trình khử $VO_2^+ + 2H^+ + e^- \rightarrow VO^{2+} + H_2O$. Việc tiêu thụ ion $H^+$ và nhận electron làm khoang cathode giảm điện tích dương.

- Để cân bằng điện tích, các ion $H^+$ (cation) từ khoang anode sẽ di chuyển qua màng trao đổi proton (PEM) sang khoang cathode.

Đáp án cần chọn là: S; Đ; Đ; Đ

Group 2K8 ôn Thi ĐGNL & ĐGTD Miễn Phí

Câu hỏi trước Câu tiếp theo

>>  2K9 Chú ý! Lộ Trình Sun 2027 - 1 lộ trình ôn đa kỳ thi (TN THPT, ĐGNL (Hà Nội/ Hồ Chí Minh), ĐGNL Sư Phạm, ĐGTD, ĐGNL Bộ Công an, ĐGNL Bộ Quốc phòngTD - Click xem ngay) tại Tuyensinh247.com. Cập nhật bám sát bộ SGK mới, Thầy Cô giáo giỏi, 3 bước chi tiết: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng đáp ứng mọi kì thi.

Hỗ trợ - Hướng dẫn

  • 024.7300.7989
  • 1800.6947 free

(Thời gian hỗ trợ từ 7h đến 22h)
Email: lienhe@tuyensinh247.com

Đăng ký nhận tư vấn