Bài 15. Thế điện cực và nguồn điện hóa học

a) Xác định cực:

Cực âm (Anode): Zn (E° nhỏ hơn = -0.76V)

Cực dương (Cathode): Ag (E° lớn hơn = +0.80V)

b) Phản ứng:

Cực âm: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

Cực dương: 2Ag⁺ + 2e⁻ → 2Ag

Phản ứng chung:

Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag

c) Tính E°pin:

E°pin = E°(cathode) - E°(anode)

E°pin = 0.80 - (-0.76) = 1.56V

Đáp án: a) Cực âm: Zn, Cực dương: Ag; c) 1.56V

a) Tính mol electron:

Cực âm (Zn):

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

n(Zn) = 6.5 / 65 = 0.1 mol

n(e⁻) = 2 × 0.1 = 0.2 mol

b) Tính khối lượng Cu:

Cực dương (Cu):

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

n(Cu) = n(e⁻) / 2 = 0.2 / 2 = 0.1 mol

m(Cu) = 0.1 × 64 = 6.4g

c) Tính điện lượng:

Q = n(e⁻) × F = 0.2 × 96500 = 19,300 C

Đáp án: a) 0.2 mol; b) 6.4g; c) 19,300 C

a) Tính quãng đường:

Quãng đường = 75 / 15 × 100 = 500 km

b) So sánh chi phí (cho 100 km):

Xe điện:

• Điện năng: 15 kWh
• Chi phí: 15 × 2,000 = 30,000 đ

Xe xăng:

• Xăng: 6 lít
• Chi phí: 6 × 25,000 = 150,000 đ

Tiết kiệm: 150,000 - 30,000 = 120,000 đ/100km (80%)

Cho 500 km:

• Xe điện: 150,000 đ
• Xe xăng: 750,000 đ
• Tiết kiệm: 600,000 đ

c) Đánh giá:

1. Ưu điểm pin Li-ion:

• ✓ Mật độ năng lượng cao (250 Wh/kg)
• ✓ Tuổi thọ dài (1000-2000 chu kỳ sạc)
• ✓ Hiệu suất cao (90-95%)
• ✓ Không khí thải trực tiếp
• ✓ Chi phí vận hành thấp (80% rẻ hơn)

2. Nhược điểm:

• ⚠️ Giá cao (300-400 triệu đồng/bộ pin)
• ⚠️ Thời gian sạc lâu (30 phút - 8 giờ)
• ⚠️ Giảm hiệu suất ở nhiệt độ thấp
• ⚠️ Nguy cơ cháy nổ (nếu hư hỏng)
• ⚠️ Khai thác lithium gây ô nhiễm

3. Tác động môi trường:

*Phụ thuộc nguồn điện (than, thủy điện, mặt trời...)

4. Tương lai pin:

a) Pin thể rắn (Solid-state):

• Mật độ năng lượng: 400-500 Wh/kg (+60%)
• An toàn hơn (không cháy nổ)
• Sạc nhanh hơn (10 phút đầy 80%)
• Dự kiến: 2025-2030

b) Pin lithium-sulfur:

• Mật độ năng lượng: 500-600 Wh/kg
• Rẻ hơn (sulfur dồi dào)
• Thách thức: Tuổi thọ ngắn

c) Pin lithium-air:

• Mật độ năng lượng: 1000+ Wh/kg
• Nhẹ nhất
• Thách thức: Công nghệ chưa hoàn thiện

5. Tái chế pin:

• Hiện tại: Chỉ 5% pin được tái chế
• Mục tiêu 2030: 70% tái chế
• Thu hồi: Li, Co, Ni, Mn
• Giảm 50% tác động môi trường

6. Lộ trình phát triển:

• 2025: Pin thể rắn thương mại
• 2030: 50% xe mới là xe điện
• 2035: Cấm bán xe xăng mới (EU, California)
• 2040: 80% xe trên đường là xe điện

Kết luận:

Pin Li-ion giúp xe điện tiết kiệm 80% chi phí nhiên liệu và giảm 50-70% khí thải. Với công nghệ pin mới (thể rắn, Li-S), xe điện sẽ rẻ hơn, sạc nhanh hơn và thân thiện môi trường hơn. Đây là tương lai của giao thông bền vững.

Đáp án: a) 500 km; b) Tiết kiệm 600,000 đ (80%); c) Đã phân tích chi tiết