Λεπτομέρειες Μαθήματος
- Κατανόηση της θερμοδυναμικής και κινητικής των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων, σε επέκταση της θερμοδυναμικής και κινητικής των αμιγώς χημικών αντιδράσεων
- Κατανόηση των μηχανισμών μεταφοράς μάζας σε ηλεκτροχημικά συστήματα και της ρόφησης σε επιφάνειες ηλεκτροδίων ως αποτέλεσμα αντιδράσεων μεταφοράς φορτίου.
- Κατανόηση της αρχής και του τρόπου εφαρμογής βασικών μεθόδων για τη μελέτη ηλεκτροχημικών συστημάτων
- Εξοικείωση με τη κατάστρωση ισοζυγίων σε ηλεκτροχημικά συστήματα και με τις εξισώσεις σχεδιασμού ιδανικών ηλεκτροχημικών αντιδραστήρων, σε αντιπαραβολή με εκείνες για τους αντίστοιχους χημικούς αντιδραστήρες.
- Εξοικείωση με σημαντικές τεχνολογικές εφαρμογές των ηλεκτροχημικών διεργασιών
Στο τέλος αυτού του μαθήματος οι φοιτητές/φοτήτριες αναμένεται να έχουν αναπτύξει τις ακόλουθες δεξιότητες:
- Να υπολογίζουν την ηλεκτρεγερτική δύναμη ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου, τις αναπτυσσόμενες υπερτάσεις κατά τη λειτουργία του και το δυναμικό λειτουργίας του για δεδομένη πυκνότητα ρεύματος.
- Να εφαρμόζουν συνήθεις μεθόδους για τη μελέτη και χαρακτηρισμό ηλεκτροχημικών συστημάτων, όπως η κυκλική βολταμμετρία και η φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης, και να αναλύουν τα αποτελέσματα.
- Να επιλύουν προβλήματα βασικού σχεδιασμού ιδανικών ηλεκτροχημικών αντιδραστήρων και να αναλύουν τη συμπεριφορά ηλεκτροχημικών συστημάτων τεχνολογικού ενδιαφέροντος, όπως τα στοιχεία καυσίμου.
Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα. Χρειάζονται όμως βασικές γνώσεις Μαθηματικών (κυρίως διαφορικών εξισώσεων και μιγαδικών αριθμών), Μεταφοράς Μάζας, Χημικής Θερμοδυναμικής και Σχεδιασμού Χημικών Αντιδραστήρων.
Βασικά στοιχεία θερμοδυναμικής και κινητικής των χημικών αντιδράσεων.
Ηλεκτροχημικές αντιδράσεις. Ηλεκτρεγερτική δύναμη και δυναμικό λειτουργίας ηλεκτροχημικού στοιχείου. Βασικά στοιχεία θερμοδυναμικής και κινητικής των ηλεκτροδιακών αντιδράσεων (ηλεκτροχημική ισορροπία, Νόμος Nernst, εξίσωση Butler-Volmer).
Ρόφηση σε ηλεκτρόδια με ταυτόχρονη μεταφορά φορτίου. Ισόθερμες ρόφησης. Ψευδοχωρητικότητα ρόφησης.
Μεταφορά μάζας σε ηλεκτροχημικά συστήματα. Υπολογισμός του ρυθμού μεταφοράς μάζας για ιοντική μεταφορά, διάχυση και φυσική ή εξαναγκασμένη κυκλοφορία. Υπολογισμός του οριακού ρεύματος.
Πειραματικές τεχνικές μόνιμης και μεταβατικής κατάστασης για τη μελέτη των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων, με έμφαση στη κυκλική βολταμμετρία και τη φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης.
Ισοζύγια μάζας, ενέργειας και φορτίου σε ηλεκτροχημικά συστήματα. Ιδανικοί ηλεκτροχημικοί αντιδραστήρες και εξισώσεις σχεδιασμού. Σύγκριση με τους αμιγώς χημικούς αντιδραστήρες.
Τεχνολογικές εφαρμογές των ηλεκτροχημικών διεργασιών, με έμφαση στα στοιχεία καυσίμου και στις εφαρμογές της ηλεκτροχημείας στην κατάλυση.
- Σ. Μπεμπέλης, “Ηλεκτροχημεία”, Β’ Έκδοση, Εκδόσεις ΕΑΠ, Πάτρα, 2008
- Ν. Κουλουμπή, “Ηλεκτροχημεία”, Εκδόσεις Συμεών, Αθήνα, 2005
- Ι. Α. Μουμτζής και Δ. Π. Σαζού, “Ηλεκτροχημεία”, Eκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, 1997
- J. O'M. Bockris, A. K. N. Reddy M. Gamboa-Aldeco, “Modern electrochemistry”, Vol.2 ((Fundamentals of Electrodics), 2nd Edition, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2000
- D. Pletcher, “A First Course in Electrode Processes”, The Electrochemical Consultancy, Romsey, 1991
- E. Gileadi, “Electrode Kinetics for Chemists, Chemical Engineers, and Materials Scientists”, VCH, New York, 1993
- Γ. Κοκκινίδης, “Αρχές και μέθοδοι μελέτης ηλεκτρο-διακών δράσεων”, Εκδόσεις Γιαχούδη-Γιαπούλη Ο.Ε., Θεσσαλονίκη, 1992
- A. J. Bard, L. R Faulkner, “Electrochemical Methods”, 2nd Edition., J. Wiley & Sons, New York, 2001
- M. E. Orazem, B. Tribollet, “Electrochemical Impedance Spectroscopy”, John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2008
- R. G. Compton, G. E. Banks, “Understanding Voltammetry”, World Scientific Publ. Co., Singapore, 2007
- F. Walsh “A first course in Electrochemical Engineering”, The Electrochemical Consultancy, Hants, 1993
- C. G. Vayenas, S. Bebelis, C. Pliangos, S. Brosda, D. Tsiplakides, “Electrochemical Activation of Catalysis”, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2001
Παραδόσεις με χρήση slides (MS PowerPoint) σε συνδυασμό με συμβατική διδασκαλία από πίνακα, κυρίως για επίλυση προβλημάτων προς εμπέδωση της διδασκόμενης ύλης.
Σειρές ασκήσεων για επίλυση στο σπίτι.
Στους φοιτητές/φοιτήτριες διανέμονται οι διαφάνειες (slides) των παραδόσεων καθώς και πρόσθετο εκπαιδευτικό υλικό, όπως επιστημονικές δημοσιεύσεις. Επίσης, οι φοιτητές/φοιτήτριες καθοδηγούνται στην αναζήτηση βιβλιογραφίας καθώς και σχετικών πληροφοριών και ελεύθερου λογισμικού στο Διαδίκτυο.
- Τελική γραπτή εξέταση
- Εξέταση προόδου (προαιρετική). Ο βαθμός της εξέτασης προόδου λαμβάνεται υπόψη μόνο αν είναι μεγαλύτερος από εκείνον της τελικής γραπτής εξέτασης.
- Σειρές ασκήσεων ( 3 έως 4 σειρές), προαιρετικές.
- Παρουσία και ενεργή συμμετοχή στο μάθημα.
Η γραπτή εξέταση περιλαμβάνει
(α) ερωτήσεις θεωρίας, σε σημαντικό ποσοστό ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής
(β) επίλυση απλών ασκήσεων, σε εφαρμογή της θεωρίας