Conflictmaterialen in een e-bike

• Nask / Techniek
• Natuur, Leven en Technologie
• Middelbare school
• vmbo, mavo
• Leerjaar 2

Les 1: Conflictmaterialen in een e-bike

Leerdoelen:

Leerlingen herkennen de eigenschappen van materialen die gebruikt worden in e-bike batterijen.

Leerlingen kunnen uitleggen waarom bepaalde materialen gekozen worden op basis van natuurwetenschappelijke principes.

Leerlingen denken kritisch na over duurzaamheid en ethiek bij technologische keuzes.

Welke stoffen of materialen ken jij die in batterijen zitten?

Hoe werkt een e-bike batterij?

Wat zit er in een e-bike batterij?

www.tiktok.com

Les 2 Stofeigenschappen

Smeltpunt: De temperatuur waarbij een stof overgaat van vast naar vloeibaar.

Voorbeeld: IJs smelt bij 0 °C, lithium smelt bij 180,5 °C.

Kookpunt: De temperatuur waarbij een stof overgaat van vloeibaar naar gas.

Voorbeeld: Water kookt bij 100 °C, ethanol bij 78,4 °C.

Dichtheid: Hoe zwaar een stof is per volume-eenheid (massa ÷ volume).

Bijvoorbeeld: lood is veel dichter (zwaarder) dan aluminium.

Reactiviteit: Hoe snel en heftig een stof reageert met andere stoffen.

Lithium reageert heftig met water → belangrijk voor veiligheid.

Kleur: De zichtbare kleur van een stof; dit kan helpen bij identificatie.

Koper is roodbruin, zwavel is geel.

Leerdoelen:

De leerling kan uitleggen wat het smeltpunt en kookpunt van een stof betekenen.

De leerling kan uitleggen waarom lichte metalen vaak worden gekozen voor onderdelen zoals fietsframes en batterijen.

De leerling kan voorbeelden geven van reactieve elementen en wat dit betekent voor het gebruik en de veiligheid (zoals lithium in batterijen).

De leerling begrijpt waarom geleidingsvermogen belangrijk is voor het functioneren van technologie.

Stofeigenschappen in technologie

De keuze van materialen voor producten zoals mobiele telefoons en elektrische fietsen hangt sterk samen met de stofeigenschappen van de elementen.

Smeltpunt en kookpunt, dichtheid, reactiviteit, geleidingsvormen

Smeltpunt en kookpunt

Het smeltpunt is de temperatuur waarop een vaste stof vloeibaar wordt. Het kookpunt is de temperatuur waarop een vloeistof gas wordt. Elementen en verbindingen met een hoog smelt- en kookpunt (zoals wolfraam of siliciumcarbide) zijn hittebestendig en worden daarom gebruikt in onderdelen die niet mogen vervormen of smelten (Atkins & Jones, 2016). In telefoons is het belangrijk dat printplaten niet beschadigen door warmte. Ook in elektrische fietsen kunnen onderdelen flink opwarmen, bijvoorbeeld in de motor of batterij.

Dichtheid

Dichtheid is de massa per volume-eenheid (g/cm³). Lichte metalen zoals aluminium en lithium zijn zeer geschikt voor draagbare technologie. Aluminium is sterk én licht, en wordt daardoor veel gebruikt in fietsframes en behuizingen van laptops. Lithium is extreem licht én chemisch reactief, wat het ideaal maakt voor energieopslag in batterijen maar het vraagt ook om zorgvuldige omgang vanwege zijn hoge reactiviteit (Emsley, 2011).

Reactiviteit

De reactiviteit van een element geeft aan hoe makkelijk het reageert met andere stoffen. Reactieve elementen kunnen veel energie leveren of juist risico’s vormen. Lithium is bijvoorbeeld zeer reactief met water, wat in batterijen betekent dat lekkage gevaarlijk kan zijn. Toch wordt het gekozen vanwege zijn hoge energiedichtheid (Bodenstein & Weiss, 2019). Hier zie je dat er bij materiaalkeuze vaak wordt afgewogen tussen prestaties en veiligheid.

Geleidingsvermogen

Sommige elementen zoals koper zijn uitstekende geleiders van elektriciteit. Daarom wordt koper veel gebruikt in kabels en elektrische motoren. Silicium, een halfgeleider, is de basis van chips en processoren. Deze elementen zorgen ervoor dat technologie überhaupt kan functioneren (Silberberg & Amateis, 2017).

Stofeigenschappen & batterijveiligheid

Hoe helpt een laag smeltpunt bij lithium?

We onderzoeken vijf stofeigenschappen die belangrijk zijn voor technologie.

Opdracht bedenk vijf stofeigenschappen die belangrijk zijn voor technologie.

Waarom zou een laag smeltpunt handig zijn in een batterij?
2 antwoorden zijn goed!

1. Reageren sneller
2. Minder energie nodig
3. Lichter materiaal
4. Onveiliger

Je laat de batterij van je e-bike vallen.

1. Wat gebeurt er bij beschadiging?
2. Welke rol speelt het smeltpunt van lithium?
3. Hoe zou jij kiezen tussen gewicht en veiligheid?

Wat heb jij geleerd over het verband tussen stofeigenschappen en veiligheid in (e‑bike) batterijen?

Les 3 dichtheid bereken

Leerdoelen:

De leerling weet wat dichtheid is en kent de formule:

dichtheid = massa ÷ volume.

De leerling kan massa en volume meten met een balans en maatcilinder.

De leerling kan beredeneren waarom bepaalde materialen geschikt zijn voor bepaalde toepassingen (bijv. aluminium voor fietsen: licht én stevig).

Practicum opdracht

Bereken de dichtheid van de materialen. Welke zou jij gebruiken in een e-bike? Waarom?

Doel: Bepalen van de dichtheid van verschillende metalen.

Materialen: Matenbekers, weegschaal, blokjes metaal, water

Opdracht: Bereken de dichtheid van de materialen. Welke zou jij gebruiken in een e-bike? Waarom?

Les 4 Technologie en verantwoordelijkheid

Uitleg over de winning van lithium en kobalt in landen zoals Congo of Bolivia.

Discussie: Wat is het probleem met kobalt?

Leerdoelen:

De leerling kan uitleggen wat lithium en kobalt zijn en waarom ze belangrijk zijn voor technologie zoals smartphones en elektrische fietsen.

De leerling begrijpt dat de winning van deze grondstoffen invloed heeft op mens en milieu, zoals arbeidsomstandigheden en milieuschade.

De leerling kan beschrijven waarom het belangrijk is om kritisch na te denken over duurzaamheid en rechtvaardigheid bij het gebruik van grondstoffen.

We moeten stoppen met het gebruiken van kobalt in batterijen ook als de technologie dan duurder wordt.

Opdracht

Beantwoord met je groepje de volgende vragen: 

1. Waarom gebruiken we lithium en kobalt toch?
2. Wat zijn mogelijke alternatieven?
3. Wat zou jij kiezen als je een batterij moest ontwerpen?

Wat heb jij geleerd over hoe wetenschap en techniek samenkomen in een batterij?

Wat zou jij anders doen als jij een batterij mocht ontwerpen?

Hergebruik en reviseren van batterijen

Bezoek aan de fietsenmaker

Bedenk vragen die te maken hebben met duurzaamheid, ethiek, maatschappelijk, recyclen, reviseren etc. 

Je maakt een verslag van je bezoek en de antwoorden op je vragen.