Elektrochemia i chemiczne źródła energii 0600-S1-OZE-EChZE

Wykład:
Wprowadzenie do elektrochemii fenomenologicznej. Podstawowe pojęcia i definicje elektrochemiczne. Przewodnictwo elektryczne materii i rodzaje przewodników elektryczności. Pomiary przewodnictwa elektrycznego elektrolitów. Granica faz metal-elektrolit i jej właściwości. Fenomenologiczny opis procesu polaryzacji elektrody. Konwencja Sztokholmska i metodyka pomiaru siły elektromotorycznej (SEM) ogniw oraz potencjału półogniw. Równanie Nernsta i teoretyczne szacowanie potencjału ogniw i półogniw. Proste ogniwa galwaniczne i ich budowa oraz właściwości. Odwracalne i nieodwracalne procesy elektrochemiczne oraz ich opis termodynamiczny i kinetyczny. Prąd wymiany i pojęcie nadpotencjału. Procesy elektrolityczne i równania Tafela. Chemiczne źródła prądu i ich znaczenie w życiu codziennym i w gospodarce zrównoważonej. Ogniwa pierwotne pierwszej generacji (ogniwo Leclanche, ogniwo cynkowo-tlenowe, ogniwo pastylkowe srebrowe). Budowa i zasada działania akumulatorów kwasowych i zasadowych. Akumulatory niklowo-metaliczne, baterie litowo-jonowe i ogniwa suche. Materiały do produkcji współczesnych ogniw elektrochemicznych. Ogniwa paliwowe. Ogniwa fotowoltaiczne. Właściwości i zastosowanie ogniw chemicznych w instalacjach OZE.

Całkowity nakład pracy studenta

1. 45h – Praca koncepcyjno-laboratoryjna, 30h - mentoring tj. 75 godzin kontaktowych, 2. 45h analiza problemów, przygotowanie do dyskusji i projektowanie eksperymentów. 3. 30h Opracowywanie raportów z analizy danych oraz projekt końcowy. całkowity czas nakładu pracy studenta to 75h 150h:25h/ECTS = 6 ECTS

Efekty uczenia się - wiedza

W1: Rozpoznaje podstawowe zjawiska elektrochemiczne wystę-pujące w ogniwach, akumulatorach i układach OZE – K_W01. W2: Zna znaczenie podstawowych pojęć elektrochemicznych (przewodnictwo, potencjał elektrody, siła elektromotoryczna, polaryzacja, nadpotencjał) w ujęciu jakościowym – K_W01. W3: rozumie rolę materiałów elektrodowych i elektrolitu w działaniu chemicznych źródeł prądu. – K_W01 W4: opisuje zasadę działania wybranych chemicznych źródeł energii elektrycznej stosowanych w życiu codziennym i technologiach energetycznych – K_W01

Efekty uczenia się - umiejętności

U1: Interpretuje proste dane pomiarowe lub charakterystyki techniczne ogniw i akumulatorów (np. napięcie, pojemność, charakterystyki prądowo‑napięciowe) – K_U05, K_U11. U2: Porównuje różne typy chemicznych źródeł prądu pod kątem ich właściwości użytkowych i zastosowań.– K_U05, K_U11. U3: Szacuje wpływ warunków pracy (obciążenie, materiał, środowisko) na działanie ogniwa lub akumulatora w sposób jakościowy lub półilościowy– K_U05, K_U11 U4: wykorzystuje podstawowe pojęcia elektrochemiczne do analizy problemów technicznych lub środowiskowych w ramach pracy problemowej (PBL).– K_U05, K_U11

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1. pracuje w zespole nad rozwiązaniem problemu związanego z zastosowaniem chemicznych źródeł prądu- K_K01 K2. dostrzega znaczenie elektrochemii w kontekście technologii, środowiska i zrównoważonego rozwoju. - K_K04 K3. krytycznie ocenia informacje dotyczące źródeł energii elektrycznej pojawiające się w dyskusjach popularnonaukowych i technicznych. - K_K07

Koordynatorzy przedmiotu

Jacek Nowaczyk

Metody dydaktyczne

Metody dydaktyczne obejmują: scenariusze problemowe realizowane metodą PBL (Problem-Based Learning), analizowanie postawionych problemów i poszukiwanie rozwiązań, , wspólną interpretację danych pomiarowych związanych z oddziaływaniem elekryczności z materią i sposobami wytwarzania prądu elektrycznego, krótkie miniwykłady wprowadzające kluczowe pojęcia naukowe, dyskusje i pracę zespołową, wybrane demonstracje ilustrujące dyskutowane zagadnienia.

Metody dydaktyczne podające

- wykład problemowy

Metody dydaktyczne poszukujące

- projektu
- laboratoryjna

Rodzaj przedmiotu

przedmiot fakultatywny

Kryteria oceniania

1. Udział w analizie scenariuszy PBL i dyskusjach – 25% (U2, U3, K1, K2).
Kryteria oceny: przygotowanie merytoryczne do zajęć (zapoznanie się z opisem problemu, materiałami pomocniczymi), aktywny udział w analizie problemu i dyskusjach zespołowych, umiejętność formułowania jasnych, uzasadnionych argumentów dotyczących działania i zastosowań chemicznych źródeł prądu, współpraca w zespole oraz respektowanie różnych perspektyw, świadome odwoływanie się do danych technicznych, schematów lub informacji literaturowych.
Forma oceny: bieżąca obserwacja pracy studenta podczas zajęć PBL.

2. Karty pracy / zadania problemowe – 25% (W1, W2, U1, U2)
Kryteria oceny: poprawne rozumienie i użycie podstawowych pojęć elektrochemicznych w kontekście użytkowym, poprawna interpretacja prostych danych technicznych lub pomiarowych (np. napięcie, natężenie prądu, charakterystyki pracy), powiązanie obserwowanych właściwości ogniw i akumulatorów z ich budową oraz zastosowaniem, logiczne i czytelne przedstawienie wniosków.
Forma oceny: pisemne karty pracy / krótkie raporty indywidualne lub zespołowe.

3. Końcowy projekt zespołowy PBL – 50% (W3, W4, U2, U3, K1, K2)
Kryteria oceny: trafność i spójność analizy wybranego problemu aplikacyjnego (np. dobór źródła energii, porównanie technologii, analiza zastosowania w OZE), poprawność rzeczowa opisu zasady działania analizowanych układów elektrochemicznych, umiejętność integracji wiedzy pojęciowej z interpretacją danych technicznych i użytkowych, jasność i przejrzystość prezentacji wyników (pisemnej i/lub ustnej), efektywna współpraca w zespole oraz podział ról.
Forma oceny: projekt zespołowy realizowany w formule PBL (raport + prezentacja).

Minimalne wymagania zaliczenia: uzyskanie co najmniej 50% łącznej liczby punktów,
wykonanie wszystkich wymaganych elementów kursu (udział w zajęciach PBL, karty pracy, projekt końcowy).

Progi ocenia zgodne z regulaminem UMK
Wymagane progi na ocenę dostateczną - 50-60%, dostateczny plus – 61-65%, dobry 66-75%, dobry plus 76-81%, bardzo dobry – 82-100%

Literatura

Literatura podstawowa:
1. S. Glasstone, An Introduction to Electrochemistry; Maurice Press, London (April 16, 2013)
2. A. Stokłosa, Wprowadzenie do chemiifizycznej t.2, Równowagi fazowe, podstawy elektrochemii. Wydawnictwo Oświatowe „Fosze” 2020.
3. S. Petrovic, Battery technology Crash Course: A consise introduction Springer 2021.
4. C. H. Hamann, A. Hammett, W. Vielstich, Elecktrochemistry, WILEY-VCH, Weinhaim 2007.
.

Uzupełniająca:
Dostępne podręczniki akademickie z zakresu chemii fizycznej elektrochemii i chemicznych źródeł prądu. Materiały informacyjne producentów ogniw.

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0600-S1-OZE-EChZE w USOSweb