Elektrokjemi

Elektriske potensial og felt. Ledningsevne og kapasitans. Termodynamikk for vandige løsninger: Aktiviteter og Debye-Hückel-modellen. Elektrolyseceller og galvaniske celler med og uten overføring. Beregning av potensialdifferanser over væskekontakter. Elektrosyntese av metaller og kjemikalier, elektrodialyse og elektrohydrolyse. FN bærekraftsmål: Elektrokjemisk energilagring i hydrogen og batterier og anvendelser av elektrokjemi i miljøanalyse og bioteknologi. Brenselceller. Elektroder og elektrodereaksjoner. Elektrodekinetikk: Sammenheng mellom strøm og spenning i ladningsoverføringsreaksjoner. Reaksjonsorden. Transportprosesser og masseoverføringskoeffisienter. Elektrokjemi i miljøanalyser og vannrensing. Elektrokjemisk beskrivelse av biologiske celler. Transport-, aktiverings- og ohmske overpotensial. Kort om det elektrokjemiske dobbelsjikt. Demonstrasjon av roterende elektrode og potensiostat.

Relevans til bærekraft. Eksempler og regneøvinger knyttet til FNs bærekraftsmål: hydrogen som energibærer, elektrokjemisk energilagring, energieffektiv metallproduksjon, elektrokjemiske detektorer i miljøovervåkning, bioelektokjemiske sensorer, elektrokjemisk rensing (tilbakeføring av miljø).

Relevans for digitalisering: Numerisk løsning i Python av ligninger for beregning av overpotensial, løsning av transportligninger mm.

Etter fullført kurs kan studenten - definere de viktigste komponentene i elektrokjemiske celler og utstyr - definere og relatere matematisk grunnleggende fysiske og kjemiske begreper knyttet til elektrokjemiske celler - gjøre rede for fortegnskonvensjoner - gjøre rede for elektrodepotensialer og deres representasjon i Pourbaix-diagram - definere og beskrive matematisk prosessene diffusjon, migrasjon og konveksjon - definere transport-, aktiverings- and ohmsk overpotensial - beregne overpotensialet for elektron-overføringsreaksjoner med ett elektron der både transport og kinetikk bidrar til totalt overpotensial - beregne ohmsk overpotensial for makro- and mikroelectroder - framstille strøm-spenningsrelasjoner grafisk - beregne potensialforskjeller over væskekontakter - beskrive strukturen til det elektrokjemiske dobbelsjikt og definere og beskrive matematisk Helmholz-sjikt og kapasitans. - gi en oversikt over anvendelser av elektrokjemi i energilagring, biologi, miljø-analyser og -rensing, i produksjon av metaller og andre materialer og i syntese av kjemikalier.

Forelesninger, øvinger og semesterprøver. Semesterprøvene og 2/3 av øvingene kreves godkjent for å få adgang til eksamen. Øvingene vil gi trening i bruk av digitale verktøy for simulering av elektrokjemiske prosesser samt anvendelser av teorien på problemstillinger relatert til FNs bærekraftsmål. Det kan bli arrangert en ekskursjon for å besøke elektrokjemisk industri. Total arbeidsbelastning (4F + 2Ø + 6S): 200 timer