11619 - Grundlagen der Elektrochemie am Beispiel der Wasserstoff- und Sauerstoffelektroden Modulübersicht

Modulnummer: 11619 - Modul nicht mehr im Angebot ab WS 2018/19
Modultitel:Grundlagen der Elektrochemie am Beispiel der Wasserstoff- und Sauerstoffelektroden
  Fundamentals in Electrochemistry Studied at the Hydrogen and Oxygen Electrodes
Einrichtung: Fakultät 1 - MINT - Mathematik, Informatik, Physik, Elektro- und Informationstechnik
Verantwortlich:
  • Prof. Dr. rer. nat. habil. Schmeißer, Dieter
Lehr- und Prüfungssprache:Deutsch
Dauer:1 Semester
Angebotsturnus: sporadisch nach Ankündigung
Leistungspunkte: 6
Lernziele:Für eine CO2-freie Energieversorgung werden Methoden der sauberen Energieerzeugung und Umwandlung benötigt. Hinsichtlich möglicher Brennstoffe ist vor allem Wasserstoff als Energieträger von Interesse, da es der einzige Brennstoff ist, der frei von jeglicher CO2-Bildung umgesetzt werden kann. Am elegantesten ist die Bildung von Wasserstoff über eine photokatalytische Wasserspaltung oder einer Elektrolyse des Wassers, bei der ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen (wie Wind, Solarzelle) eingesetzt wird. Insbesondere für die automobile Anwendung ist die „leise“ Verbrennung in der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle von großem Interesse.
Die Teilnehmer lernen am Beispiel der Wasserstoff- und Sauerstoffelektroden die Grundlagen der (Photo-)Elektrokatalyse kennen.
Inhalte:
  1. Grundlagen der Katalyse, Reaktionskinetik, Allgemeine Stoßtheorie
  2. Einführung in die Elektrochemie, Starke und schwache Elektrolyte, Debye-Hückel-Theorie, Faradaysche Gesetze
  3. Elektrodenpotentiale, Doppelschichtmodelle, Elektroden erster und zweiter Art, galvanische Zelle
  4. Elektrodenkinetik, Überspannung, Butler-Volmer-Gleichung, Elektrokatalyse
  5. Zyklische Voltammetrie, Rotierende (Ring-)Scheibenelektrode, Elektrokatalyse an Platin, Problematik der Mehrelektronentransferprozesse
  6. Degradationsprozesse in Brennstoffzellen, Alternative Katalysatoren
  7. Elektrolyseur
  8. Grundlagen zur Halbleiterphysik
  9. HL unter Belichtung, Rekombinationsprozesse, Oberflächenzustände
  10. Auswahlkriterien für Photokatalysatoren (Solare Spektrum)
  11. HL-Elektrolytkontakt, Ladungstransfer und Stromfluss im Elektrolytkontakt
  12. Modelle zur rein photokatalytischen Wasserspaltung
  13. Kombinierte Ansätze (z.B. Photo-Elektrokatalysator plus Solarzelle)
  14. Stabilitätsprobleme, Photokorrosion, Stabilisierungsschichten
Empfohlene Voraussetzungen:Grundlagen in Chemie und Physik
Zwingende Voraussetzungen:keine
Lehrformen und Arbeitsumfang:
  • Vorlesung / 2 SWS
  • Hausarbeit / 45 Stunden
  • Selbststudium / 105 Stunden
Unterrichtsmaterialien und Literaturhinweise:
  • Hamann, Vielstich: Elektrochemie, Wiley VCH
  • Lewerenz, Jungblut: Photovoltaik – Grundlagen und Anwendungen (Kap. 2 und 5), Springer
  • Holze: Leitfaden der Elektrochemie, Teubner
Modulprüfung:Voraussetzung + Modulabschlussprüfung (MAP)
Prüfungsleistung/en für Modulprüfung:

Voraussetzung für die Modulabschlussprüfung:

  • erfolgreiche Präsentation, 30 min. einer schriftlichen Ausarbeitung (Hausarbeit), 15-20 Seiten

Modulabschlussprüfung:

  • Klausur, 90 min. ODER
  • mündliche Prüfung, 30 min.
In der ersten Lehrveranstaltung wird bekanntgegeben, ob die Prüfungsleistung in schriftlicher oder mündlicher Form zu erbringen ist.
Bewertung der Modulprüfung:Prüfungsleistung - benotet
Teilnehmerbeschränkung:keine
Zuordnung zu Studiengängen:
  • keine Zuordnung vorhanden
Bemerkungen:Bei Bedarf kann das Modul in englischer Sprache angeboten werden.
Veranstaltungen zum Modul:Vorlesung: Grundlagen der Elektrochemie am Beispiel der Wasserstoff- und Sauerstoffelektroden
Veranstaltungen im aktuellen Semester:
  • keine Zuordnung vorhanden
Nachfolgemodul/e: Auslaufmodul ab: 02.07.2018
  • ohne Nachfolgemodul/e