エネルギー材料工学｜山崎研｜九州大学エネルギー研究教育機構

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本年度

2020年度秋学期エネルギー材料工学（2年生）

日時：金曜3コマ（13:00~14:30）
場所：Zoomオンライン授業
講師：山崎仁丈教授（3コマ）、加藤喜峰准教授（4コマ）
評価：出席(14点：最終レポートを提出受理されれば、授業中の授業内容に関する質問チャット点を加点）、レポート（内容、日本語のわかりやすさ, 36点）
教科書：なし
参考書：「金属酸化物のノンストイキオメトリーと電気伝導」斎藤編訳、内田老鶴圃
　　　：「Thermodynamics of materials, vol. 1 & 2」 Ragone, Jone Wiley & Sons、日本語版絶版「材料の物理化学I & II」, 丸善（図書館にはあると思います）
　　　：「Physical Ceramics」Chiang, Birnie, & Kingary, John Wiley & Sons
　　　：「固体電子論入門」
　　　：「表面技術者のための電気化学」
　　：「Electrochemistry at metal and semiconductor electrodes, by Norio Sato, Elsevier

最終レポート（3コマ分）

課題：燃料電池、機械学習、光触媒、触媒、電池のトピックから一つ選び、自分が疑問に思ったことや興味があることをレポート題目とし、それについてのレポートを作成してください。
作成要領：分量はA4、１枚以上。レポート題目、名前、学科、学籍番号、目的、結論、参考文献を記載の上、Wordか何かで作成し、pdf書類として提出のこと。
注意点：手書きの最終レポートは受け付けないので、ご注意ください。また、他人のレポートを写したり、写させたりしないでください。コピー元およびコピーした方両者とも、３コマ分の評価点を0とさせていただきます。
提出締切：11/27(月) 14:30

概要

　燃料電池、リチウムイオン電池、光触媒、触媒など、現代社会に必要不可欠なエネルギーデバイスは、特徴を持った材料を巧みに組み合わせることでそのエネルギー機能を発現させている。本授業では、これらエネルギーデバイスやそれらを構成するエネルギー材料の基礎知識について、材料工学の観点から説明する。

予定（金曜３コマ）
1. 10/9(Fri) 　ガイダンス：本授業の狙い、イントロダクション、Kroger-Vink表記
2. 10/16(Fri)　燃料電池：電気化学デバイス、化学ポテンシャル、電気化学ポテンシャル、ネルンストの式、燃料電池の理論最大効率と起電力
3. 10/23(Fri)　燃料電池：電解質材料、アノード電極材料、カソード電極材料、電気抵抗、燃料電池性能が理論値から下がる原因
4. 10/30(Fri)　エネルギー材料開発のための機械学習：目的変数、記述子、機械学習モデル、材料特性予測
5. 11/6(Fri)　光触媒：半導体、光励起、バンドギャップ、バンド図
6. 11/12(Thu) 触媒：化学吸着、化学反応の熱力学および速度論
7. 11/20(Fri) リチウムイオン電池：結晶構造、層間リチウムインサーション
8. 11/27(Fri) 授業なし（エネルギー材料の作製＆評価現場のオンライン見学、Q&A） 14:30 レポート提出締切 （Proselfにて提出）

2020年度後期表面機能制御学（大学院生）

日時：月曜１コマ（8:40~10:10）
場所：Zoomオンライン授業
講師：山崎仁丈教授
評価：出席、発表および演習解答(40点)、レポート（作成した問題の質、解答内容、日本語のわかりやすさ, 60点）：演習問題を各自作成、作成された問題をすべてレポートとしてまとめ、提出ください。
教科書：「Electrochemistry at metal and semiconductor electrodes, by Norio Sato, Elsevier
参考書：「金属酸化物のノンストイキオメトリーと電気伝導」斎藤編訳、内田老鶴圃
　　　：「Thermodynamics of materials, vol. 1 & 2」 Ragone, Jone Wiley & Sons、日本語版絶版「材料の物理化学I & II」, 丸善（図書館にはあると思います）
　　　：「Physical Ceramics」Chiang, Birnie, & Kingary, John Wiley & Sons
　　　：「固体電子論入門」
　　　：「表面技術者のための電気化学」
演習：授業中に演習問題や計算結果を確認するため、関数電卓かノートPCを授業にお持ちください。

概要

　燃料電池や光触媒などの最先端エネルギーデバイスや材料では、材料表面を巧みに制御することで目的とする機能を発現している。本授業では、これら物質・エネルギー変換機能の発現および制御に重要な表面近傍における点欠陥（電子、正孔、酸素空孔など）の熱力学的および速度論的挙動について講義する。

予定
1. 10/5(Mon) 　ガイダンス（本授業の狙い）、イントロダクション
2. 10/12(Mon)　固体の欠陥化学：Kroger-Vink表記、欠陥反応
3. 10/19(Mon)　演習回答、欠陥反応の平衡定数(熱力学)、Brouwerダイアグラム(熱力学)（p43~67）
4. 10/26(Mon)　Brouwerダイアグラム(熱力学)、欠陥濃度の温度依存性(熱力学)
5. 11/2(Mon)　真性半導体中の電子と正孔(熱力学, p29~32 in Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes )
6. 11/9(Mon)　演習回答、真性半導体中の電子と正孔(熱力学, p29~32 in Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes ),不純物半導体中の電子と正孔(熱力学, p29~32 in Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes)
7. 11/18(Wed)　水和酸化還元粒子の電子準位(熱力学, p47~53 in Electrochemistry at Metal and Semiconductor Electrodes),水和酸化還元電子のフェルミ準位 (熱力学, p53-57)、半導体/水溶液界面におけるバンド図の作成 (熱力学)
8. 11/30(Mon)　半導体/水溶液界面におけるバンド図の作成2 (熱力学)
9. 12/7(Mon)　
10. 12/14(Mon)　不純物半導体における電子-正孔濃度(熱力学)（p111~113）、固体中の原子の拡散：フィックの第一法則(速度論)（p127~129:Thermodynamics of materials vol.2）、演習問題作成について
11. 12/21(Mon)　Nernst-Einsteinの関係(速度論)（p141~144:Thermodynamics of materials vol.2）
12. 1/13(Wed)　各自作成したレポート問題の発表、Nernst-Einsteinの関係(速度論)（p141~144:Thermodynamics of materials vol.2）、固体中のイオン伝導・電子伝導（p213~217: Physical Ceramics)
13.1/18(Mon)　輸率(速度論)（p213~217: Physical Ceramics)、電気化学ポテンシャル(熱力学)、ネルンストの式(熱力学)（p233~235: Physical Ceramics）、バトラーボルマーの関係(速度論)（p52~57: 表面技術者のための電気化学）燃料電池の原理と理論変換効率(熱力学)、スペースチャージ（p97~123: Thermodynamics of materials vol.2、p146~165: Physical Ceramics）
14. 1/25(Mon)　レポート発表&討論、アンケート調査
15. 2/1(Mon)　授業なし、12:00　レポート提出締切（指定したProselfへ提出）