Overordnede kursusmål
Kurset sigter mod at give den studerende en forståelse af
beskrivelsen og anvendelsen af funktionelle materialer i
eksisterende såvel som nye energiteknologier som
fastoxidbrændselsceller, Li-ionbatterier, piezoelektriske
generatorer, termoelektriske generatorer og solceller. 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 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
ionledende 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
faststofkemi
- Forklare termoelektrisk og piezoelektrisk effekt
- 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-ionbatterier, solceller,
piezoelektriske generatorer 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-ionbatterier, fastoxidbrændselsceller, solceller og
piezoelektriske 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
"Solid State Chemistry and its Applications", 2nd
Edition, Student Edition, Anthony R. West, Wiley. Bogen er online
tilgængelig via DTU Bibliotek.
Kopieret materiale/kompendium.
Bemærkninger
Interesserede studerende henvises desuden til kurset 47313, som
supplerer dette kursus med praktiske øvelser og fokuserer på
anvendelsesmuligheder.
Sidst opdateret
26. april, 2021