Course Syllabus
Obiettivi
D1 - CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:
1 Descrivere i processi di trasporto ionico in soluzione e in semplici sistemi allo stato solido
2 Descrivere i principi base della conduttimetria in soluzione
3 Descrivere i principi base della elettrochimica in soluzione
D2 - CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:
1 Determinare le proprietà di trasporto ionico in semplici sistemi
2 Utilizzare le leggi di Fick
3 Comprendere e utilizzare le equazioni di Nernst e di Butler-Volmer
4 Comprendere e utilizzare i concetti di migrazione e diffusione,
D3 - AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Al termine di questa attività formativa, lo studente dovrà dimostrare di essere in grado di:
1 Scegliere le tecniche più utili per l'analisi delle proprietà di trasporto in soluzione e in semplici sistemi allo stato solido
2 Applicare i concetti di conduttimetria ed elettrochimica allo studio di dispositivi di interesse tecnologico.
D4- ABILITA' COMUNICATIVE
Saper descrivere in forma scritta in modo chiaro e sintetico ed esporre oralmente con proprietà di linguaggio gli
obiettivi, il procedimento ed i risultati delle elaborazioni effettuate.
D5 - CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Risultati attesi:
1 Raccogliere e comprendere le nuove informazioni utili per razionalizzare le proprietà di trasporto ed elettrochimiche
2 Raccogliere e comprendere le informazioni circa l'evoluzione tecnologica di dispositivi elettrochimici di interesse tecnologico, come batterie e celle a combustibile.
Contenuti sintetici
Chimica fisica delle soluzioni elettrolitiche: interazioni ione/solvente, ione/ione, proprietaà di trasporto.
Elettrodica: termodinamica elettrochimica e cinetica elettrochimica
Applicazioni a dispositivi elettrochimici.
Programma esteso
Introduzione, sviluppo storico e ruolo dell’elettrochimica nella scienza moderna.
2. La chimica fisica delle soluzioni elettrolitiche:
a) solvatazione
b) interazioni ione ione e teoria di Debye Huckel
c) trasporto ionico in soluzione: diffusione e migrazione, conducibilità
3. potenziale d'elettrodo: potenziale Volta, di superficie e Galvani, potenziale elettrochimico, teoria del doppio strato elettrico; termodinamica elettrochimica e legge di Nernst, semielementi galvanici;
4. squilibrio di elettrodo sotto corrente:
a) sovratensione di trasferimento di carica, corrente di scambio, coefficiente di trasferimento di carica, equazione di Butler Volmer, casi limite e legge di Tafel,
b) sovratensione di diffusione e corrente limite,
c) altri tipi di sovratensione.
Prerequisiti
Matematica e fisica di base. Termodinamica e cinetica chimica di base.
Modalità didattica
Lezioni frontali
Materiale didattico
Dispense del docente
Bockris Reddy, Modern Electrochemistry 1 – Ionics (second edition)
Bockris Reddy Gamboa-Aldeco, Modern Electrochemistry 2A – Fundamental of Electrodics (second edition)
Bard Faulkner: Electrochemical Methods, Fundamental and Applications (2° Edition)
Periodo di erogazione dell'insegnamento
primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
La verifica dell'apprendimento dei risultati previsti dai descrittori D1-D5 viene effettuata mediante un colloquio, durante il quale vengono poste allo studente almeno due domande su diverse parti del programma (conduttimetria, elettrochimica). Il colloquio, oltre ad accertare l'acquisizione di conoscenze e competenze disciplinari, tenderà a verificare le capacità di analisi critica, l’autonomia di giudizio e le capacità espositive dello studente.
Orario di ricevimento
su appuntamento
Aims
At the end of this formative activity, the student will have to demonstrate to be able to:
1 Describe the ionic transport processes in solution and in simple solid state systems
2 Describe the basic principles of conductivity in solution
3 Describe the basic principles of electrochemistry in solution
At the end of this formative activity, the student will have to demonstrate to be able to:
1 Determine the ionic transport properties in simple systems
2 Use the laws of Fick
3 Understand and use the Nernst and Butler-Volmer equations
4 Understand and use the concepts of migration and diffusion.
At the end of this formative activity, the student will have to demonstrate to be able to:
1 Choose the most useful techniques for the analysis of transport properties in solution and in simple state solid systems
D4 - COMMUNICATION SKILLS
Knowing how to describe in a clear and concise written form, and to present orally the objectives, the procedure and the results of the processes carried out.
D5 - LEARNING SKILLS
Expected results:
1 Collect and understand new information useful for rationalizing transport and electrochemical properties
2 Collect and understand information about the technological evolution of electrochemical devices of technological interest, such as batteries and fuel cells.
Contents
Ionic conductors: ion-solvent interaction, ion-ion interaction and transport properties.
Fundamentals of Electrodics: electrochemical thermodynamics and kinetics.
Applications to electrochemical devices.Detailed program
Fundamental aspects, development and the relation of electrochemistry to other science. Ionic conductors: ion-solvent interaction, ion-ion interaction and Debye-Hückel theory; diffusion, migration and conductivity; solid state electrolytes. Fundamentals of Electrodics: electrochemical potential, double-layer theories and adsorption phenomena; electrochemical thermodynamics and Nernst low, electrode types; electron transfer at the interface and overpotential, charge transfer overpotential, exchange current, symmetry factor, Butler Volmer equation and Tafel low, diffusion overpotential and limiting current, other kinds of overpotential.
Electrochemical applications.Prerequisites
Standard physics and mathematics knowledge. Basic chemical thermodynamics and kinetics.
Teaching form
Lectures
Textbook and teaching resource
Slides
Bockris Reddy, Modern Electrochemistry 1 – Ionics (second edition)
Bockris Reddy Gamboa-Aldeco, Modern Electrochemistry 2A – Fundamental of Electrodics (second edition)
Bard Faulkner: Electrochemical Methods, Fundamental and Applications (2° Edition)
Semester
first semester
Assessment method
The verification of the learning of the results foreseen by the descriptors D1-D5 is carried out through an interview, during which the student is asked at least two questions on different parts of the program (conductivity, electrochemistry). The interview, in addition to ascertaining the acquisition of knowledge and disciplinary skills, will tend to verify the student's capacity for critical analysis, judgment autonomy and expository skills.
Office hours
By appointment
Staff
-
Piercarlo Mustarelli