Kurset vil give dig en fundamental forståelse af
anvendelsen og beskrivelsen af funktionelle materialer og give dig
et godt udgangspunkt for at arbejde med energiteknologier som
batterier, brændselsceller og termoelektriske generatorer.
Interesserede studerende henvises desuden til kurset 47313, som
supplerer dette kursus med praktiske øvelser og fokuserer på
anvendelsesmuligheder.
Kurset sigter på at give den studerende en forståelse af
beskrivelsen og anvendelsen af funktionelle materialer i
eksisterende såvel som nye energiteknologier som
fastoxidbrændselsceller, Li-ion-batterier og termoelektriske
generatorer. Det er ambitionen at udbrede dit kendskab til
materialer og anvendt faststofkemi/faststoffysik og træne dig i
anvendelsen af din viden til dels at beskrive teknologiernes
virkemåde, dels til at foreslå forbedringer.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Beskrive krystalstrukturen af uorganiske faste materialer og
redegøre for betydningen af punktdefekter.
Beskrive de vigtigste typer af krystaldefekter i funktionelle
oxider og deres betydning for ladningstransport og faststofkemiske
processer
Differentiere mellem isolatorer, halvledere, metaller og
ion-ledende materialer
Forklare betydningen af “ikke-støkiometri” i batteri- og
brændselscellematerialer
Skelne mellem elektrisk, kemisk og elektrokemisk transport og
forklare hvordan man måler diffusionskoefficienter
Beskrive ”CALPHAD”-metoden og dens relevans inden for
fasstofkemi
Forklare hvad termoelektrisk og piezoelektrisk effekt er
Analysere betydningen af forskellige materialeegenskaber for
designet af en piezoelektrisk enhed
Relatere ydelsen af en termoelektrisk generator til de
underliggende materialeegenskaber
Formulere kriterier for valget af funktionelle materialer til
specifikke anvendelser i batterier og
brændselsceller
Kursusindhold:
Kursets fokus er på materialeegenskaber af faste krystallinske
uorganiske materialer. Beskrivelsen af krystalstrukturer,
punktdefekter og defektkemi gennemgås grundigt med henblik på at
gøre den studerende i stand til at bruge disse begreber i
beskrivelsen af funktionelle materialer og deres anvendelse i
diverse energiteknologier. Metoder til at klassificere materialer
ud fra deres elektronstruktur/ledningsevne beskrives og suppleres
med elementer fra anvendt termodynamik, der er centrale for
forståelsen af koblingsfænomener såsom termoelektrisk og
piezoelektrisk effekt. Eksempler på materialer og foretrukne
modelbeskrivelser vil tage udgangspunkt i vores forskning inden for
brændselsceller, avancerede Li-ion-batterier og termoelektriske
generatorer. Kurset vil bestå af forelæsninger såvel som
opgaveløsning. Som en del af kurset vil de studerende arbejde med
et eget projekt, der går på at designe, på papiret, en hel
funktionel enhed inden for en af de adresserede anvendelser
(termoelektriske generatorer, Li-ion-batterier,
fastoxidbrændselsceller og piezo-elektriske generatorer). De
studerende vil arbejde enkeltvis eller i grupper og under
supervision med dette. Formålet med dette projekt er at arbejde
aktivt med de begreber og beskrivelser, der præsenteres i
kurset.
Litteraturhenvisninger:
Defects in Solids (Kofstad and Norby)
Nanoscale Energy Transport and conversion (Gang Chen, MIT)
Mulighed for GRØN DYST deltagelse:
Kontakt underviseren for information om hvorvidt dette kursus giver
den studerende mulighed for at lave eller forberede et projekt som
kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed,
klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk
