# Fotonenboer

Een Nederlandse melkveehouder voorziet sinds 2010 met zonnecellen in de eigen energiebehoefte. Voor de opslag van overdag teveel geproduceerde energie is op de boerderij een zogeheten Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) geplaatst. In deze VRFB worden oplossingen met verschillende vanadiumionen vanuit twee opslagtanks door een aantal geschakelde elektrochemische cellen gepompt. Dit proces is in de figuur hieronder vereenvoudigd weergegeven met één elektrochemische cel. In deze opgave wordt de term vanadiumionen gebruikt voor (combinaties van) de deeltjes VO2+, VO2+, V3+ en V2+.
In beide oplossingen is verder alleen opgelost zwavelzuur aanwezig.

figuur

Wanneer de VRFB voor het eerst in gebruik wordt genomen, is van de genoemde vanadiumionen in de linker opslagtank alleen VO2+ aanwezig en in de rechter opslagtank alleen V3+. In deze situatie levert de VRFB
geen stroom. Doordat in de VRFB selectieve membranen worden toegepast, worden tijdens het opladen en de stroomlevering vrijwel uitsluitend H+ ionen doorgelaten.

De VRFB van de fotonenboer is een CellCube type FB 10-100. Het typenummer geeft informatie over de twee belangrijkste kenmerken van de VRFB:
- Het vermogen (de hoeveelheid energie die per seconde kan worden geleverd) bedraagt 10 kJ s–1.
- De opslagcapaciteit (de maximale hoeveelheid elektrische energie die kan worden geleverd) bedraagt 100 kWh.

Het totale rendement van de omzetting van chemische energie in elektrische energie van deze VRFB bedraagt 67%. Bij stroomlevering geeft 1 mol elektronen 1,35·105 J energie af aan het lichtnet.

Uit onderzoek is gebleken dat onder bepaalde omstandigheden een neerslag van de vaste stof V2O5.3H2O ontstaat in de linker opslagtank. Deze stof wordt gevormd uit VO2+ ionen en één andere stof. Bij deze reactie ontstaat één ander soort deeltje.

Een andere boer wil een VRFB aanschaffen met een hogere opslagcapaciteit en een hogere maximale stroomsterkte dan de genoemde CellCube.
In de onderstaande tabel staan vijf aanpassingen die de fabrikant kan doen om tegemoet te komen aan de eisen van deze boer.

Uit de tabel valt onder andere op te maken dat een hogere concentratie vanadiumionen zorgt voor een toename van de opslagcapaciteit en de maximale stroomsterkte van de VRFB.