Esercizio 1. Una pila è costituita dalla seguente catena galvanica. Pt(H2)/HCl 0.1M // LiCl 1M/Li

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1 Esercizio 1 Una pila è costituita dalla seguente catena galvanica. Pt(H2)/HCl 0.1M // LiCl 1M/Li Il suo potenziale di lavoro a corrente pari a i=1ma è 2.95V. Sapendo che l E (Li+/Li)=-3.01 V vs SHE (standard hydrogen electrode) calcolare l efficienza del potenziale di cella. Esercizio 2 Una cella elettrolitica utilizzata per produrre H2 e Cl2 a partire da una soluzione 0.01M di HCl lavora ad un potenziale effettivo pari a 1.42 V. Sapendo che il DfG(HCl) è pari a -262 kj/mol calcolare l efficienza del potenziale di cella. Esercizio 3 Una pila è costituita dalla seguente catena galvanica LiFePO4/FePO4/LiPF6 1M/Li Sapendo che l E (FePO4/LiFePO4)=0.49 V vs SHE e che E (Li+/Li)=-3.01 V vs SHE calcolare il potenziale effettivo di cella per una corrente pari a 1mA e considerando una caduta ohmica pari a 15 Ohm. Trascurare le sovratensioni cinetiche. Esercizio 4 Una pila è costituita dalla seguente catena galvanica LiCoO2/CoO2/LiPF6 1M/Li Sapendo che l E (CoO2/LiCoO2)=1.02 V vs SHE e che E (Li+/Li)=-3.01 V vs SHE calcolare il potenziale effettivo di cella in carica per una corrente pari a 10mA e considerando una caduta ohmica pari a 25 Ohm. Trascurare le sovratensioni cinetiche. Esercizio 5 Una cella elettrolitica reale opera ad un potenziale di lavoro pari a 1.43 V ad una corrente di 1mA. Sapendo che la f.e.m. del processo è di 1.36 V calcolare la caduta ohmica ignorando le sovratensioni cinetiche. Calcolare inoltre la conduttività dell elettrolita sapendo che la distanza tra gli elettrodi 2.1 mm e area degli elettrodi 2.5 cm 2. Esercizio 6 Una pila reale opera ad un potenziale di lavoro pari a 3.35 V ad una corrente di 0.1mA. Sapendo che la f.e.m. del processo è di 3.5 V calcolare la concentrazione dell elettrolita sapendo sapendo che la distanza tra gli elettrodi 2.1 mm e area degli elettrodi 2.5 cm 2 e che l elettrolita è costituito da LiCl ( (Li + )=39, (Cl - )=76-1 cm 2 mol -1 ).

2 Esercizio 10 L acido acetico (pka=5) è utilizzato come elettrolita debole in una soluzione acquosa con concentrazione nominale [AcOH]=0.02M. La ddp reale della cella galvanica che utilizza questo elettrolita acquoso è pari a 0.55V quando opera con una densità di corrente di J=0.6 ma/cm 2.Sapendo che la distanza tra i 2 elettrodi è pari a 0.2 mm determinare l ammontare della caduta ohmica ignorando la sovratensione cinetica. Λ(H + )=350 e Λ(AcO - )=41 Ω -1 cm 2 mol -1. Calcolare l efficienza del potenziale di cella Esercizio 11 Un generico processo elettrodico ha una resistenza al trasferimento di carica quando la cella opera a 1.2mA pari a Ω. Assumendo di trovarci in regime di piccole sovratensioni calcolare la sovratensione cinetica e la caduta ohmica complessiva sapendo che la resistività totale della soluzione elettrolitica è pari a 8.81 kωm e che gli elettrodi sono distanti 0.5 mm e hanno area pari a 4 m 2. Esercizio 12 Determinare l efficienza di potenziale della seguente cella galvanica: Al/Al(NO 3 ) 3 (aq) 1M //Cu(NO 3 ) 3 (aq) 1M CuNO 3 (aq) 1M/Pt Per densità di correnti pari a 0.5 macm -2 sapendo che le resistenze al trasferimento di carica delle due semireazioni anodica e catodica sono rispettivamente 5 e 12 Ω, la distanza tra i 2 elettrodi di area A=5 cm -2 è pari a 0.2 mm, che i potenziali redox di semireazione sono pari a E (Cu 2+ /Cu + )=0.160V, E (Al 3+ /Al 0 )=-1.660V e le conduttività molari degli ioni sono pari a: Λ(Cu + )=57, Λ(Cu 2+ )=112, Λ(Al 3+ )=145, Λ(NO 3 - )=71 Ω -1 cm 2 mol -1. Assumete nulla la resistenza del ponte salino. Esercizio 13 Determinare la ddp reale di scarica di una cella galvanica con fem=0.6v che opera a 5 ma di corrente sapendo che l elettrolita è costituito da Ca(NO 3 ) 2 2M in acqua. (Ca 2+ )=119, (NO 3 - )=71-1 cm 2 mol -1, distanza tra gli elettrodi 1 mm e area degli elettrodi 2 cm 2. Esercizio 14 Determinare il potenziale effettivo di lavoro di una cella elettrolitica con fem=1.36v che opera a 2.5 ma di corrente sapendo che l elettrolita è costituito da HCl 1M in acqua. (H + )=350, (Cl - )=76-1 cm 2 mol -1, distanza tra gli elettrodi 2 mm e area degli elettrodi 25 cm 2. Esercizio 15 Determinare il numero di trasporto dei costituenti ionici di un elettrolita costituito da NH 4 NO 3 disciolto in acqua sapendo che la conducibilità della soluzione 0.5M è m -1 e (NH 4 + )=74-1 cm 2 mol -1.

3 Esercizio 16 Un sale LiX ( (Li + )=39-1 cm 2 mol -1 ) ha numero di trasporto del Li+ pari a Calcolare la resistenza al trasporto ionico della soluzione sapendo che il sale ha una concentrazione pari a 0.7M e che la distanza tra gli elettrodi è 3.5 mm e area degli elettrodi 1 cm 2. Esercizio 17 Calcolare il coefficiente di diffusione dello ione cloruro in soluzione a 25 e 55 C sapendo che la sua conduttività molare (assunta contante tra 25 e 55 C) è pari a (Cl - )=76-1 cm 2 mol -1. Esercizio 18 Determinare il coefficiente di diffusione degli ioni costituenti MgCl 2 totalmente dissociato in acqua sapendo che la conducibilità complessiva della soluzione è m -1 e che i numeri di trasporto sono rispettivamente e per Mg 2+ e Cl -. Esercizio 19 La densità di corrente di scambio di un processo elettrodico è pari a 1.71 ma a 25 C. Determinare la resistenza al trasferimento di carica e la sovratensione cinetica se la cella opera a 5 ma nell approssimazione di piccole sovratensioni. Esercizio 20 Il LiCoPO 4 è un materiale catodico per celle litio-ione. Ha un meccanismo a 2 step bifasici consecutivi e i suoi potenziali redox di lavoro sono E =4.75 e 4.85 V vs.li per le fasi delitiate Li 0.3 CoPO 4 e CoPO 4, rispettivamente Calcolare la capacità teorica totale per le delitiazioni pariziali e totali. Se il suo potenziale di scarica reale fornisce due plateaus a 4.55 e 4.32 V vs.li calcolare la sovratensione totale e la caduta ohmica assumendo una corrente i=0.2 ma in approssimazione di piccole sovratensioni con una resistenza al trasferimento di carica pari a 0.5 Ω. Esercizio 21 Lo stagno è un materiale anodico per celle litio-ione. Ha un meccanismo singolo step e il suo potenziale redox di lavoro è E =0.32 V vs.li per la fase litiata Li 4,4 Sn. Calcolare la capacità teorica. Se il suo potenziale di scarica reale fornisce un plateaus a 0.2 V vs.li calcolare la sovratensione totale e la caduta ohmica assumendo una corrente i=0.2 ma in approssimazione di piccole sovratensioni con una corrente di scambio di 0.02 ma. Esercizio 22 Una cella galvanica ricaricabile ha una ddp a CC pari a 3.65V in carica e pari a 3.45 in scarica. Calcolare l isteresi di potenziale e le sovratensioni in carica e scarica. Calcolare anche la f.e.m. della cella.

4 Esercizio 23 Una cella galvanica ricaricabile è ciclata galvanostaticamente a 0.2 ma/g per 560 minuti in carica e per 544 in scarica. Calcolare le capacità specifiche in carica e scarica e l efficienza coulombica della cella. Esercizio 24 Una cella galvanica ricaricabile è ciclata galvanostaticamente a 0.1 ma/g per 1260 minuti in carica e per 944 in scarica. Sapendo che la fem è pari a 4.1 V e che l isteresi di potenziale pari a 200 mv calcolare l efficienza energetica della cella. Esercizio 25 Una cella galvanica ricaricabile si scarica galvanostaticamente a 0.4 ma/g nel primo ciclo per 760 minuti e per 744 in scarica al 15 ciclo. Calcolare la capacity retention della cella al ciclo 15. Esercizio 26 Una cella galvanica ricaricabile è ciclata in condizioni di time control per 12h a 0.1 ma/g in carica. Determinare la capacità in scarica assumento analogo cutoff temporale. Nel caso in cui la fem sia pari a 2100 mv e che l isteresi di potenziale sia pari a 120 mv calcolare le sovratensioni in carica e scarica e l efficienza energetica della cella. Esercizio 27 Una cella galvanica cicla a 0.3 ma con un time cutoff identico in scarica e carica per 10h con un isteresi di potenziale pari a 130 mv. Se la stessa cella a 0.6 ma cicla in 5h con un isteresi di potenziale di 190 mv, calcolare le cadute ohmiche e la corrispodente resistenza dell elettrolita, assumento trascurabili le sovratensioni cinetiche. Esercizio 28 Un elettrodo del pesi di 5 mg/cm2 costituito da LiFePO4 (d=3.6 g/cm3) è il catodo di una cella al litio ricaricabile sottoposta ad un test GITT. L OCV della cella è pari a 3.51 V. Dopo un impulso galvanostatico in carica di 10 s a 2mA il potenziale OCV di equilibrio è pari a V. Assumendo una resistenza dell elettrolita pari a 0.5 ohm e un CCV di equilibrio pari a 3.59 V determinare il coefficiente di diffusione delle specie mobili nell elettrodo. Esercizio 29 La resistenza di un elettrolita in una cella al litio è pari a R=3 ohm. Assumendo nulle le sovratensioni cinetiche calcolare l isteresi di potenziale della cella per i=2 ma e per i =4.5 ma. Sapendo che la fem della cella è di 3.9 V, se la cella cicla con un voltage cutoff rispettivamente con un efficienza coulombica del 98% e del 97%, e le capacità in carica nei due casi sia pari a 120 e 116 mah, calcolare l efficienza energetica alle 2 diverse correnti.

5 Esercizio 30 Calcolare la ritensione di capacità (capacity retention) al decimo ciclo di una cella che scarica in 3.4 e 3.32 h a 0.25 ma nei cicli 1 e 10.