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。
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。
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
✔ 専門力 | 教養力 | コミュニケーション力 | 展開力(探究力又は設定力) | 展開力(実践力又は解決力) |
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 | |
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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、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) | 「電気二重層モデル、電気浸透と電気泳動、ゼータ電位、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5回 | 電気化学における速度論2(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、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) | 「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、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6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 |
第7回 | 総括 |
学修効果を上げるため,教科書や配布資料等の該当箇所を参照し,「毎授業」授業内容に関する予習と復習(課題含む)をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
使用しない
独自の資料を配付する
課題および期末試験
なし
なし