Kemisk energiomvandling 1, 7,5 hp

Innehåll

Elektrifiering, vätgassatsningar och metalljonsbatteriteknik formar framtidens industri vilket gör förståelsen för kemisk energiomvandling helt avgörande. Den här kursen fokuserar på elektrokemi, fotokemi och avancerade material som utgör morgondagens energilösningar.

Grundläggande kemi och fysikalisk-kemiska principer kopplas till tekniska system: bränsleceller, elektrolysörer, solceller och metalljonsbatterier. Kursen ger verktyg för att analysera, modellera och kritiskt utvärdera energiprocesser – från atomär laddningsöverföring till industriell tillämpning.

Kursen är indelad i fyra moduler:

**Modul 1: Elektrokemisk energiomvandling (2,5 hp) **

• Elektrod–elektrolytgränssnitt
• Elektrodpotentialer och Nernst-ekvationen
• Överpotential och polarisation
• Masstransport och reaktionskinetik
• Bränsleceller (PEM, SOFC)
• Elektrolys (vattenspjälkning, CO₂-reduktion)

Modul 2: Solenergi och fotokemisk energiomvandling (2 hp)

• Halvledares bandstruktur
• Laddningsseparation och rekombination
• Solceller (kisel, perovskiter)
• Fotokatalys och artificiell fotosyntes

**Modul 3: Metalljonsbatterier (2 hp) **

• Batterikomponenter ur ett materialvetenskapligt perspektiv
• Metalljonsbatteriers elektrokemi, uppbyggnad och funktion
• Degraderingsmekanismer i metalljonsbatterier

**Modul 4: Laboration (1 hp) **

Denna modul involverar praktiskt laboratoriearbete och presentation av experimentella resultat.

Förväntade studieresultat

**Kunskap och förståelse **

Efter avslutad kurs ska studenten kunna:

• förklara termodynamiska och kinetiska principer som styr elektrokemisk och fotokemisk energiomvandling.
• redogöra för bandstruktur i halvledare för solenergimaterial (solceller, fotokatalysator).
• redogöra för och analysera hur elektrodreaktioner, masstransport och överpotential påverkar cellspänning och verkningsgrad.
• beskriva och jämföra uppbyggnad, funktion och materialval i litiumjonbatterier samt relatera dessa till prestanda och säkerhet.

**Färdigheter och förmåga **

Efter avslutad kurs ska studenten kunna:

• tillämpa elektrokemiska samband för att beräkna och utvärdera energi- och effektprestanda i batterier och bränsleceller.
• analysera spänningsförluster och degraderingsmekanismer i metalljonsbatterier utifrån termodynamiska och kinetiska modeller.
• genomföra, dokumentera och muntligt redovisa experimentellt arbete inom energiomvandling enligt vetenskaplig praxis.

**Värderingsförmåga och förhållningssätt **

Efter avslutad kurs ska studenten kunna:

• värdera och motivera material- och komponentval med avseende på säkerhet, livslängd och hållbarhet.
• kritiskt granska och värdera vetenskaplig och teknisk information inom området energiomvandling.
• formulera välgrundade slutsatser och föreslå förbättringar av energiomvandlingssystem med beaktande av prestanda, säkerhet, resurshushållning och återvinning.

Behörighetskrav

120 hp varav 60 hp kemi inkl. Materialkemi 7.5hp eller motsvarande.

Undervisningens upplägg

• Föreläsningar
• Räkneövningar och problembaserade moment
• Självstudier
• Laborationer

Examination

Examination sker genom:

• Skriftlig tentamen på modulerna 1-3 där som betygssätts med något av följande betyg: Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4), Med beröm godkänd (5).
• Laborationsrapport och muntlig redovisning på modul 4 som betygssätts med något av följande betyg: U eller G

Slutbetyget baseras på den skriftliga tentamen.

Den som godkänts i prov får ej undergå förnyat prov för högre betyg. För att bli godkänd på hela kursen krävs att alla prov och obligatoriska moment är godkända.

Examinator kan besluta om avsteg från kursplanens examinationsform. Individuell anpassning av examinationsformen ska övervägas utifrån studentens behov. Examinationsformen anpassas inom ramen för kursplanens förväntade studieresultat. Student som har behov av en anpassad examination, och som har erhållit ett beslut om rätt till stöd från samordnare för studenter med funktionsnedsättning vid Studentcentrum, ska senast 10 arbetsdagar innan examinationen begära anpassning hos kursansvarig institution. Examinator beslutar om anpassad examination som sedan meddelas studenten. Studenter med godkänt betyg får inte undergå ny examination för att uppnå ett högre betyg.

En student som utan godkänt resultat har genomgått två prov för en kurs eller en del av en kurs, har rätt att skriftligen ansöka om att få en annan examinator utsedd, om inte särskilda skäl talar emot det (HF 6 kap. 22 §). Ansökan om ny examinator ställs till prefekten vid Kemiska institutionen

Tillgodoräknande prövas individuellt. I en examen får denna kurs ej ingå tillsammans med annan kurs med likartat innehåll. Vid osäkerhet bör den studerande rådfråga studievägledare för det aktuella programmet. Ansökan om tillgodoräknande skickas in till Studentcentrum/Examina. Mer information om tillgodoräknande finns på Umeå universitets studentwebb och i högskoleförordningen (6 kap). Ett avslag på ansökan om tillgodoräknande kan överklagas (Högskoleförordningen 12 kap) till Överklagandenämnden för högskolan. Detta gäller såväl om hela som delar av ansökan om tillgodoräknande avslås.

Övriga föreskrifter

I det fall att kursplan upphör att gälla eller genomgår större förändringar, garanteras studenter minst tre provtillfällen (inklusive ordinarie provtillfälle) enligt föreskrifterna i den kursplan som studenten ursprungligen varit kursregistrerad på under en tid av maximalt två år från det att tidigare kursplan upphört att gälla.