1.       Answer ALL parts.

(a)      Anode materials in Li-ion batteries (LIBs) can use an intercalation, a

conversion, or an alloying reaction to store Li ions.

(i)       Suggest two anode materials for LIBs that were not discussed in            the course material. One material should use a conversion reaction,       and the other an alloying reaction.                                                          [2]

(ii)       Discuss advantages and disadvantages of the materials suggested

reaction type.                                                                                           [4]

(iii)      Anode materials for K-ion batteries (KIB) can also use an

intercalation, conversion or alloying reaction to store K ions.

Compare the two materials suggested in part (i) and graphite;

which would be the most suitable anode for a KIB? Justify your

answer.                                                                                                    [2]

(b)      Microbial fuel cells (MFCs) can generate electricity directly from organic

waste. An MFC is similar to a classic polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), except that bacteria (organic electron donors) replace the catalyst layer and H2 supply.

(i)       Describe the reactions at the two electrodes of an MFC and charge        carrier migration in an MFC.                                                                    [3]

PEMFCs.                                                                                                  [5]

(c)      Chloride ion batteries (CIBs) use the anion Cl– as the charge carrier. In a CIB, Mg and FeOCl (layered structure) are respectively the anode and    cathode, and aqueous NaCl solution is the electrolyte.

(i)       Describe the operation of a CIB, giving the reactions that take place       at the anode and cathode.                                                                      [4]

LIB consisting of graphite and LiCoO2 in an organic electrolyte.           [5]

2.        Memantine A was developed by Eli Lilly and Company in the 1960s and is      currently used as a generic medicine to treat dementia caused by Alzheimer’s disease.

mechanochemical reaction of A with fumaric acid B. Explain your

reasoning using an argument based on the pKa values of the two

molecules [pKa(memantine, protonated base) = 10.3,

pKa(fumaric acid) = 4.6]. Draw the hydrogen bond interactions that are

expected to emerge if the two molecules are reacted in (i) a 2:1 A:B ratio

and (ii) a 1:1 A:B ratio. Use the graph set notation to describe these

interactions.                                                                                                         [8]

(b)      Suggest a molecule X that could be used to make a two-component

cocrystal with A wherein the molecules are not sustained by hydrogen      bonding. Suggest another molecule Y that could be used to make a three-

component solid solution with A and X, and rationalise your choice.               [5]

(c)      Stability tests of the 2:1 A:B crystal form revealed that the solid was           chemically transformed without any change in mass after being exposed to sunlight for 10 hours at 25 °C. Suggest what type of transformation could   have occurred and explain what structural features the A:B solid would

have to exhibit to undergo such reaction.                                                          [3]

(d)      Explain how thermal analytical methods alone could be used to determine whether a liquid-assisted mechanochemical reaction of A and B (in a 2:1

ratio) yielded a multi-component crystal.                                                           [9]

3.       Answer ALL parts.

(a)      The table below shows the equilibrium vapour pressures in Torr at 20 °C

for a range of CVD precursors to Sn metal films.