電気化学

科目名
Course Title
授業コード 単位数 配当年次 開講期間
Term
科目分類 ナンバリング
コード
曜日
コマ
教室 担当教員氏名
Instructor
電気化学
Electrochemistry
B200800001 2 3 後期授業 専門科目 BCAPC3624-J1 月3 B3-205 井上 博史

オフィスアワー

木・5コマ(16:15~17:45)

授業目標

本授業の目標は、「電気化学という学問分野についての理解を深めること」、「電極電位, 電解電流などについての電気化学の基礎理論や専門用語について理解し、電極反応の熱力学や動力学について論理的に表現できること」、「電解質や電極/電解質界面の性質、それらの解析法について理解し、説明できること」、「電池, 電気分解, 表面改質, 腐食防食,半導体の光電気化学, センサなどについて理解し、電気化学の応用面について説明できること」です。

具体的には、以下の能力を身に付けることを目標とします。
1.電気化学とはどのような学問分野であるか、物理化学の中での電気化学の位置づけ、電気化学の歴史について説明できる。
2.起電力と電極電位やそれに関連した法則を定量的に理解し、説明できる。
3.電解質溶液やそれに関連した法則を理解し、説明できる。
4.2種類の電解電流(電位が決める電流、物質移動が決める電流)やそれに関連した法則を定量的に理解し、説明できる。
5.電気二重層について理解し、説明できる。
6.ボルタンメトリーの原理を理解し、説明できる。
7.一次電池、二次電池、燃料電池について理解し、その概略を説明できる。
8.電気めっき、無電解めっき、アノード酸化について理解し、その概略を説明できる。
9.腐食、防食について理解し、その概略を説明できる。
10.センサについて理解し、その概略を説明できる。
11.光がかかわる電気化学について理解し、その概略を説明できる。

教科書

岩倉千秋、森田昌行、井上博史共著「コンパクト電気化学」(丸善)
ISBN 978-4-621-30380-1

参考書

1.電気化学概論 第2版,松田好晴,岩倉千秋著,丸善(2014)ISBN 9784621086803
2.電気化学, 渡辺 正ら著, 丸善(2001)ISBN 4621048899
3.バーロー物理化学 第6版 上巻, 東京化学同人(1999)ISBN 4807905023

関連科目

物理化学序論、物理化学ⅡA、物理化学演習ⅠA、無機材料化学、触媒化学

授業時間外の学習(準備学習等について)

「授業計画」の「準備学習」欄に、毎回の講義内容が教科書(コンパクト電気化学)参考書(バーロー物理化学(上)、電気化学概論)のどのページに対応するかを示しましたので、予習としてその部分を読み、授業計画に記載した内容について大まかなイメージをつかむとともに、分からない箇所を明確にしておいて下さい。また、復習として、講義プリントを読み返して内容をしっかり理解するよう努めて下さい。

授業の概要

 電気化学は電気エネルギーと化学エネルギーの相互関係や相互変換を取り扱う学問分野です。電気化学系の基本は電極と電解質であり、電極、電解質溶液およびそれらの界面についての理解が重要です。本授業では、電解質の性質、電極と電解質の界面の性質、電極電位、電極反応速度などを理解するのに必要な電気化学の基礎理論を系統的に把握することを目指します。また、電気化学は他の学問分野とも密接な関係をもっていますので、それらの基礎と応用を理解することを目的として、電池、電気分解、表面改質、腐食防食、光電気化学、センサなどを例にとって説明します。

なお、講義中に随時問題演習を行ないますので、指数・対数の計算ができる計算機を持参して下さい。また、講義に用いたプリント類は、講義終了後、PDFファイル形式で講義支援システムに掲載します。病気、けが、忌引、教育実習等の止む得ない理由で欠席した場合にはダウンロードして自習して下さい。

授業計画

第1回 「電気化学の基礎知識の整理」 準備学習等
第2回 「電気化学への招待」 準備学習等 (1)第1章「電気化学の基礎」PP.1~10を読んでおくこと
第3回 「電解質溶液の性質」 準備学習等 (1)第2章「電解質溶液の性質」PP.11~20を読んでおくこと
第4回 「電気化学に必要な熱力学」 準備学習等 (2)PP.122~135、PP.180~192、PP.237~246を読んでおくこと
第5回 「電池の起電力と電極電位」 準備学習等 (1)第3章「電池の起電力と電極電位」PP.22~34を読んでおくこと
第6回 「電解電流(1)-電位が決める電流」 準備学習等 (1)第5章5.1「電極反応の素過程と反応速度」~5.2「電荷移動過程」PP.45~52を読んでおくこと
第7回 「電解電流(2)-物質移動が決める電流」 準備学習等 (1)第5章5.3「物質移動過程」~5.6「電極触媒作用」PP.52~58を読んでおくこと
第8回 「中間まとめおよび小テスト」 準備学習等
第9回 「ボルタンメトリー」 準備学習等 (1)第4章「電極と電解質溶液の界面」PP.36~43
第12章12.6「ボルタンメトリー」PP.162~166を読んでおくこと
第10回 「電気化学的エネルギー変換デバイス-電池」 準備学習等 (1)第6章「電池によるエネルギー変換と貯蔵」PP.59~87を読んでおくこと
第11回 「電気分解と工業への応用」 準備学習等 (1)第7章「電気分解を利用する物質の製造」PP.89~103を読んでおくこと
第12回 「材料と電気化学」 準備学習等 (1)第8章「表面の処理と高機能化」PP.104~112を読んでおくこと
第13回 「腐食と防食」 準備学習等 (1)第9章「金属の腐食とその防止」PP.113~124を読んでおくこと
第14回 「光がかかわる電気化学」 準備学習等 (1)第10章「光と半導体がかかわる電気化学」PP.125~138を読んでおくこと
第15回 「センサ」 準備学習等 (1)第11章11.3.2「バイオセンサー」PP.149~151
(3)第10章10.2「センサー」 PP.242~249を読んでおくこと
第16回 定期試験 準備学習等

準備学習欄
(1)岩倉千秋、森田昌行、井上博史著「コンパクト電気化学」 (丸善)
(2)バーロー著「物理化学(上巻)第6版」(東京化学同人)
(3)松田好晴,岩倉千秋著「電気化学概論第2版」(丸善)


日程については、教員の急病、学会発表、などにより変更することがあります。その際、オンライン(非同期)授業または補講をします。各月の補講日は念のために予定を入れないでください。また、オンラインでの授業に備えて、各自でオンライン環境を整えておいてください。

成績評価

授業目標(達成目標)の達成度で評価します。
成績評価には、定期試験、小テスト、課題の提出物の結果を用い、原則として定期試験40%, 小テスト40%, 課題の提出物20%の割合で評価し、合計して60%以上を合格とします。

合格のためには、最低以下のことができる必要があります。
・電気化学を定義し、電気化学の特長について説明できる。
・電極電位, 電解電流などについての基礎理論について説明できる。
・電解質や電極/電解質界面の性質、それらの解析法について説明できる。
・電気化学の応用面について例を挙げて説明できる。