2019年度 電気化学システム論   Electrochemistry in energy systems

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開講元
応用化学系
担当教員名
伊原 学 
授業形態
講義
曜日・時限(講義室)
金3-4(S423)  
クラス
-
科目コード
CAP.C316
単位数
1
開講年度
2019年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2019年4月8日
講義資料更新日
-
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

電気化学とその応用範囲、特に燃料電池、太陽電池、蓄電池などのエネルギーデバイスとの関係、電気化学システムの意味を解説した後、電気化学において基礎となる平衡論と速度論の全体像について説明する。さらに、平衡論としてネルンストの式、標準電極電位と標準水素電極、参照電極の種類などについて、電気化学反応の速度論として電気二重層モデル、平衡電位と過電圧、バトラー-フォルマーの式、ターフェルの式などを、さらに物質移動過程の速度論として電気化学ポテンシャルの意味や取扱い、および太陽電池や燃料電池における物質移動過程を紹介し、物質移動過程を考慮した電流密度と電極電位の関係についての一般式、濃度過電圧や限界電流密度についても解説する。さらに、電気化学システムにおける各プロセスを評価する電気化学測定法の概要について講述し、電気化学に必要な基礎知識全般を体系的に習得することをねらいとします。

到達目標

燃料電池、太陽電池、蓄電池などのエネルギーデバイスは、イオン、電子、分子が関与する電気化学反応、化学反応、表面への吸着、物質移動などの様々なプロセスから構成される電気化学システムである。本講義を履修することにより,エネルギーデバイスの性能向上や評価に必要な電気化学の基礎および電気化学測定法の概要を学習することを到達目標とします。

キーワード

電気化学、平衡論、速度論、システム、エネルギーデバイス、平衡電位、過電圧

学生が身につける力

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
- - - -

授業の進め方

イオン、電子、分子が関与する電気化学反応、化学反応、表面への吸着、物質移動などの様々なプロセスから構成される電気化学システムであるエネルギーデバイスでは、その性能が個々のプロセスのみならず、システムとしての調和によって決定されます。本講義では、システムの組み合わせによって性能が決まるとはどういうことなのか、また、どうのようにすればエネルギーデバイスの性能が向上できるのかについての考え方および基礎的な知識を身に付けることをテーマとし、電気化学に必要な基礎知識全般を体系的に学ぶことを目的として講義をすすめます。また、毎回の授業で出席を取ります。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 電気化学とその応用範囲、電気化学システムとは? 電気化学とその応用範囲、電気化学システムの概要についての理解
第2回 電気化学における平衡論と速度論の概要(ファラデーの法則、電気二重層、部分電流密度、交換電流密度、ギブス自由エネルギーと電池の起電力) 「ファラデーの法則、電気二重層、部分電流密度、交換電流密度、ギブス自由エネルギー、電池の起電力」に関する理解
第3回 電気化学における平衡論(ネルンストの式、標準電極電位と標準水素電極、参照電極の種類) 「ネルンストの式、標準電極電位、標準水素電極、参照電極の種類」に関する理解
第4回 電気化学における速度論1(電気二重層モデル、電気浸透と電気泳動、ゼータ電位) 「電気二重層モデル、電気浸透と電気泳動、ゼータ電位」に関する理解
第5回 電気化学における速度論2(平衡電位と過電圧、バトラー-フォルマーの式、ターフェルの式) 「平衡電位、過電圧、バトラー-フォルマーの式、ターフェルの式」に関する理解
第6回 電気化学における速度論3(イオン、電子の物質移動過程、電気化学ポテンシャル、エネルギーデバイスにおける物質移動過程) 「イオン、電子の物質移動過程、電気化学ポテンシャル、エネルギーデバイスにおける物質移動過程」に関する理解
第7回 電気化学における速度論4(物質移動過程を考慮した電流密度と電極電位の関係、濃度過電圧、限界電流密度) 「物質移動過程を考慮した電流密度と電極電位の関係、濃度過電圧、限界電流密度」に関する理解
第8回 電気化学測定法(電気化学測定法の分類、サイクリックボルタンメトリー、交流インピーダンス法、エネルギーデバイスと電気化学測定法) 「電気化学測定法の分類、サイクリックボルタンメトリー、交流インピーダンス法、エネルギーデバイスと電気化学測定法」に関する理解

教科書

使用しない

参考書、講義資料等

独自の資料を配付する

成績評価の基準及び方法

課題および期末試験

関連する科目

  • CAP.C204 : 化工熱力学
  • CAP.C206 : 反応工学第一(均一系)
  • CAP.C322 : ケミカルエンジニアリングデザイン
  • CAP.C323 : 先進化学工学第二

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

なし

その他

なし

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