Pin lithium-ion, thành tựu nhận giải Nobel Hóa học năm 2019, hoạt động dựa trên sự di chuyển của ion $L{i}^{+}$ 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) $\mathrm{Li}{\mathrm{C}}_6-\to {\mathrm{C}}_6+\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}+e$
(2) $\mathrm{Co}{\mathrm{O}}_2+\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}+e-\to \mathrm{LiCo}{\mathrm{O}}_2$

a) ĐÚNG.
Khối lượng mol của EC ($C_3{H}_4{O}_3$): $M=12\times 3+1\times 4+16\times 3=88$ g/mol.
Số mol EC bị cháy: $n_{EC}=\frac{4}{88}=\frac{1}{22}$ mol.
Tổng nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy: $Q_{tỏa}=\frac{1}{22}\times 1100=50$ kJ $=50000$ J.
Nhiệt lượng thực tế mà cell pin hấp thụ được (hiệu suất 20%): $Q_{thu}=50000\times 0,2=10000$ J.
Độ tăng nhiệt độ của cell pin: $\Delta t=\frac{Q_{thu}}{m_{pin}\times c}=\frac{10000}{40\times 1}=250^{\circ }$C.
b) SAI.
Khối lượng $LiCo{O}_2$ trong 1 tấn rác thải: $m_{LiCo{O}_2}=1000\times 0,6=600$ kg.
Số mol $LiCo{O}_2$ ban đầu: $n_{LiCo{O}_2}=\frac{600}{98}$ kmol (với phân tử khối là $7+59+16\times 2=98$).
Bảo toàn nguyên tố Lithium (2 mol $LiCo{O}_2$ tạo ra 1 mol $L{i}_{2}C{O}_3$):
$n_{L{i}_{2}C{O}_3(l\acute{y}thuy\acute{\hat{e}}t)}=\frac{1}{2}\times n_{LiCo{O}_2}=\frac{300}{98}$ kmol.
Khối lượng $L{i}_{2}C{O}_3$ thu được thực tế (hiệu suất 90%, phân tử khối của $L{i}_{2}C{O}_3$ là 74):
$m_{L{i}_{2}C{O}_3}=\frac{300}{98}\times 74\times 0,9\approx 203,88$ kg (làm tròn thành 204 kg).
c) ĐÚNG. Trong quá trình pin phóng điện, $Li{C}_6$ bị oxi hóa ở anode.
Khi pin phóng điện (hoạt động như một pin điện hóa/galvanic cell), quá trình oxi hóa luôn xảy ra ở anode (cực âm). Tại đây, $Li{C}_6$ nhường electron theo phương trình (1): $Li{C}_6\to C_6+L{i}^{+}+e$. Quá trình nhường electron chính là quá trình bị oxi hóa.
d) SAI. Trong quá trình pin phóng điện, nồng độ $L{i}^{+}$ trong dung dịch chất điện li tăng dần.
Pin lithium-ion hoạt động theo cơ chế "ghế bập bênh" (rocking-chair). Tại anode, ion $L{i}^{+}$ được giải phóng vào dung dịch điện li. Đồng thời tại cathode, ion $L{i}^{+}$ từ dung dịch điện li lại được hấp thụ chui vào mạng tinh thể của $Co{O}_2$. Tốc độ giải phóng và hấp thụ là như nhau, do đó tổng nồng độ ion $L{i}^{+}$ trong dung dịch chất điện li gần như không thay đổi trong suốt quá trình phóng điện.
a) ĐÚNG.
Khối lượng mol của EC ($C_3{H}_4{O}_3$): $M=12\times 3+1\times 4+16\times 3=88$ g/mol.
Số mol EC bị cháy: $n_{EC}=\frac{4}{88}=\frac{1}{22}$ mol.
Tổng nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy: $Q_{tỏa}=\frac{1}{22}\times 1100=50$ kJ $=50000$ J.
Nhiệt lượng thực tế mà cell pin hấp thụ được (hiệu suất 20%): $Q_{thu}=50000\times 0,2=10000$ J.
Độ tăng nhiệt độ của cell pin: $\Delta t=\frac{Q_{thu}}{m_{pin}\times c}=\frac{10000}{40\times 1}=250^{\circ }$C.
b) SAI.
Khối lượng $LiCo{O}_2$ trong 1 tấn rác thải: $m_{LiCo{O}_2}=1000\times 0,6=600$ kg.
Số mol $LiCo{O}_2$ ban đầu: $n_{LiCo{O}_2}=\frac{600}{98}$ kmol (với phân tử khối là $7+59+16\times 2=98$).
Bảo toàn nguyên tố Lithium (2 mol $LiCo{O}_2$ tạo ra 1 mol $L{i}_{2}C{O}_3$):
$n_{L{i}_{2}C{O}_3(l\acute{y}thuy\acute{\hat{e}}t)}=\frac{1}{2}\times n_{LiCo{O}_2}=\frac{300}{98}$ kmol.
Khối lượng $L{i}_{2}C{O}_3$ thu được thực tế (hiệu suất 90%, phân tử khối của $L{i}_{2}C{O}_3$ là 74):
$m_{L{i}_{2}C{O}_3}=\frac{300}{98}\times 74\times 0,9\approx 203,88$ kg (làm tròn thành 204 kg).
c) ĐÚNG. Trong quá trình pin phóng điện, $Li{C}_6$ bị oxi hóa ở anode.
Khi pin phóng điện (hoạt động như một pin điện hóa/galvanic cell), quá trình oxi hóa luôn xảy ra ở anode (cực âm). Tại đây, $Li{C}_6$ nhường electron theo phương trình (1): $Li{C}_6\to C_6+L{i}^{+}+e$. Quá trình nhường electron chính là quá trình bị oxi hóa.
d) SAI. Trong quá trình pin phóng điện, nồng độ $L{i}^{+}$ trong dung dịch chất điện li tăng dần.
Pin lithium-ion hoạt động theo cơ chế "ghế bập bênh" (rocking-chair). Tại anode, ion $L{i}^{+}$ được giải phóng vào dung dịch điện li. Đồng thời tại cathode, ion $L{i}^{+}$ từ dung dịch điện li lại được hấp thụ chui vào mạng tinh thể của $Co{O}_2$. Tốc độ giải phóng và hấp thụ là như nhau, do đó tổng nồng độ ion $L{i}^{+}$ trong dung dịch chất điện li gần như không thay đổi trong suốt quá trình phóng điện.