Pin lithium-ion, thành tựu nhận giải Nobel Hóa học năm 2019, hoạt động dựa trên sự di chuyển của ion Li+ giữa hai điện cực qua lớp điện phân [đã giải]

Pin lithium-ion, thành tựu nhận giải Nobel Hóa học năm 2019, hoạt động dựa trên sự di chuyển của ion Li+ giữa hai điện cực qua lớp điện phân chứa muối lithium hòa tan trong các dung môi hữu cơ như ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC) hoặc dimethyl carbonate (DMC). Khi pin phóng điện, các quá trình xảy ra tại các điện cực như sau:
(1) LiC6 → C6 + Li+ + e
(2) CoO2 + Li+ + e → LiCoO2
a) Trong quá trình pin phóng điện, nồng độ Li+ trong dung dịch chất điện li tăng dần.
b) Từ 1 tấn rác thải pin chứa 60% LiCoO2, nếu thu hồi lithium dưới dạng Li2CO3 với hiệu suất toàn bộ quá trình đạt 90% thì khối lượng Li2CO3 thu được là 252 kg. (Kết quả các phép tính trung gian không được làm tròn, chỉ kết quả cuối cùng được làm tròn đến hàng đơn vị).
c) Trong quá trình pin phóng điện, LiC6 bị oxi hóa ở anode.
d) Sự cố quá nhiệt (> 150°C) của pin lithium-ion khiến các oxide kim loại bị phân hủy giải phóng O2, gây cháy dung môi. Biết: dung môi trong pin là EC (C3H4O3); nhiệt đốt cháy của EC là 1100 kJ/mol, khi hấp thụ 1 J thì 1 gam cell pin tăng thêm 1 oC và hiệu suất hấp thụ nhiệt của cell pin là 20%. Nếu 4 gam EC cháy hoàn toàn trong một cell pin nặng 40 gam thì nhiệt độ của cell pin đó sẽ tăng thêm 250°C. (Kết quả các phép tính trung gian không được làm tròn, chỉ kết quả cuối cùng được làm tròn đến hàng đơn vị).