Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Akumulatory i ogniwa paliwowe
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
SPSR-1-704-s
Wydział:
Energetyki i Paliw
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Paliwa i Środowisko
Semestr:
7
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. nadzw. dr hab. inż. Dudek Magdalena (potoczek@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Celem przedmiotu jest przedstawienie zagadnień związanych z praktycznym wykorzystaniem urządzeń elektrochemicznych (baterii, superkondensatorów) oraz ogniw paliwowych jako elementów systemów paliwo-energetycznych a także ekologicznych źródeł energii. W trakcie przedmiotu zostaną także poruszone zagadnienia dotyczące bezpieczeństwa użytkowania źródeł a także ich wpływ na środowisko.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 zna i rozumie w pogłębionym stopniu zagadnienia szeroko pojętej chemii i ich wykorzystanie w ochronie środowiska PSR1A_W01 Aktywność na zajęciach
M_W002 zna i rozumie w pogłębiony sposób procesy zachodzące w urządzeniach i systemach technicznych PSR1A_W03 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, interpretować wyniki i wyciągać wnioski oraz rozwiązywać problemy inżynierskie i badawcze PSR1A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 potrafi przygotować i przedstawić w języku polskim/angielskim prezentację ustną lub opracowanie pisemne dotyczące szczegółowych zagadnień z zakresu chemii/technologii chemicznej PSR1A_U06 Referat
M_U003 potrafi planować i realizować samouczenie się przez całe życie w oparciu o literaturę specjalistyczną i źródła internetowe oraz ukierunkowywać innych w tym zakresie PSR1A_U08 Zaliczenie laboratorium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 jest gotów do krytycznej oceny posiadanej wiedzy w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych PSR1A_K01 Udział w dyskusji
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 15 0 15 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 zna i rozumie w pogłębionym stopniu zagadnienia szeroko pojętej chemii i ich wykorzystanie w ochronie środowiska + - + - - - - - - - -
M_W002 zna i rozumie w pogłębiony sposób procesy zachodzące w urządzeniach i systemach technicznych + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, interpretować wyniki i wyciągać wnioski oraz rozwiązywać problemy inżynierskie i badawcze - - + - - - - - - - -
M_U002 potrafi przygotować i przedstawić w języku polskim/angielskim prezentację ustną lub opracowanie pisemne dotyczące szczegółowych zagadnień z zakresu chemii/technologii chemicznej - - + - - - - - - - -
M_U003 potrafi planować i realizować samouczenie się przez całe życie w oparciu o literaturę specjalistyczną i źródła internetowe oraz ukierunkowywać innych w tym zakresie - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 jest gotów do krytycznej oceny posiadanej wiedzy w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych - - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 60 godz
Punkty ECTS za moduł 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 godz
Przygotowanie do zajęć 25 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (15h):
  1. Wprowadzenie do elektrochemicznych źródeł energii (2h)

    Zdefiniowanie podstawowych zagadnień dotyczących elektrochemii, jej interdyscyplinarnego znaczenia w nauce i technice. Charakterystyka podstawowych właściwości fizykochemicznych poszczególnych źródeł energii (akumulatory elektrochemiczne, superkondensatory i ogniwa paliwowe). Klasyfikacja podziału ogniw galwanicznych. Zasada działania wybranych akumulatorów elektrochemicznych, opis procesów elektrodowych. Podstawowe pojęcia charakteryzujące praktyczne możliwości ich wykorzystania.

  2. Akmulatory elektrochemiczne (4h)

    Omówienie właściwości : akumulatorów kwasowo-ołowiowych, akumulatory niklowo – kadmowe , niklowo-wodorkowe, litowo-żelazowo-fosforanowe , litowo-jonowe, litowo –polimerowe, siarka-sód, cynkowo-powietrzne. Krzywe ładowania i rozładowania. Pojemność akumulatora, efekt pamięci. Przykłady praktycznego wykorzystania w świecie

  3. Ogniwa pierowtne i II rodzaju: akmulatory. Krzywe ładowania i rozładowania akmulatora. Pojemność akmulatora, Efekt pamięci.
    Akumulator kwasowo-ołowiowy, Ni-Cd, Ni-MH i litowo-jonowy. Zasada działania, charakterystyki, budowa, obsługa, zastosowania.
  4. Baterie przepływowe (ang. flow batteries) (2h)

    Budowa baterii przepływowych. Zasada ich działania. Charakterystyka właściwości w odniesieniu do akumulatorów elektrochemicznych i ogniw paliwowych. Możliwości zastosowania baterii przepływowych jako magazynów energii. Przykłady praktycznego wykorzystania w świecie.

  5. Ogniwa paliwowe jako generatory energii elektrycznej

    Zasada działania. Rodzaje. Budowa. Ogniwo paliwowo alkaliczne, z kwasem fosforowym, polimerowe, ze stopionymi węglanami, stałotlenkowe. Ogniwo paliwowe metanolowo-powietrzne.

  6. Superkondensator (2h)

    Budowa i zasada działania superkondensatora. Charakterystyka parametrów pracy, krzywa ładowania i rozładowania. Porównanie superkondensatorów w odniesieniu do akumulatorów elektrochemicznych i ogniw paliwowych. Praktyczne wykorzystanie superkondensatorów. Hybrydowe źródła elektrochemiczne (superkondensatory plus ogniwa paliwowe) vs. (akumulatory elektrochemiczne plus ogniwa paliwowe). Współczesne trendy wykorzystania źródeł hybrydowych w transporcie

  7. Ogniwa paliwowe jako generatory energii elektrycznej (2h)

    Zasada działania wodorowo-tlenowego ogniwa paliwowego. Podział ogniw paliwowych, parametry pracy ogniw paliwowych. Sprawność ogniw paliwowych. Charakterystyka wodorowo-tlenowych ogniw paliwowych z elektrolitem stałym (ang. polymer membrane fuel cell, PEMFC), (ang. stałotlenkowe ogniwa paliwowe, SOFC). Odwracalne ogniwa paliwowe. Wykorzystanie ogniw paliwowych PEMFC, SOFC w zastosowaniach stacjonarnych i transportowych

  8. Paliwa alternatywne do zasilania ogniw paliwowych (2h)

    Rodzaje paliw (ciekłe, gazowe i stałe) dla ogniw paliwowych. Możliwości wykorzystania odpadowych produktów (gazowych, stałych i ciekłych) do zasilania ogniw paliwowych. Bio-wodór i biochemiczne ogniwa paliwowe. Metanol/ etanol jako nośnik wodoru lub paliwo dla ogniw paliwowych. Praktyczne wykorzystanie ogniw paliwowych zasilanych paliwami alternatywnymi

  9. Urządzenia elektrochemiczne w systemach ochrony środowiska (1h)

    Przedstawienie możliwości praktycznego wykorzystania technologii ogniw paliwowych i innych urządzeń elektrochemicznych w systemach elektrochemicznej utylizacji materiałów odpadowych, procesów oczyszczania i odsalania wód ściekowych i morskich itp. Rozwiązania techniczne z kraju i świata.

Ćwiczenia laboratoryjne (15h):

1. Wyznaczenie krzywych ładowania-rozładowania wybranych typów akumulatorów elektrochemicznych
2. Akumulatory elektrochemiczne jako magazyny energii
3. Wyznaczenie parametrów pracy wodorowo-tlenowego ogniwa paliwowego PEMFC
4. Budowa i zasada działania generatorów z ogniwami paliwowymi. Wyznaczenie energii elektrycznej netto produkowanej przez generator OP oraz tzw. energetycznych potrzeb własnych
5. Superkondensator
6. Biochemiczne ogniwa paliwowe.
7. Hybrydowy układ zasilania akumulator elektrochemiczny +plus ogniwo paliwowe.
8. Magazynowanie energii elektrycznej w postaci energii chemicznej paliw

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Wykład
forma sprawdzania wiadomości -test oraz jego wstępny termin przedstawiany jest na I wykładzie.
Test jest potwierdzany na wykładach nie później niż na miesiąc przed jego terminem. W przypadku otrzymania oceny niedostatecznej (2.0) Student ma prawo do jej 2-krotnej poprawy.
Laboratorium
Warunki zaliczenia laboratorium regulamin BHP, zakres przedmiotowy (tematy ćwiczeń laboratoryjnych, instrukcje do ćwiczeń, wymagany zakres materiału teoretycznego do ćwiczeń) są przedstawiane studentom na I zajęciach organizacyjnych. Student potwierdza zapoznanie się z wymogami BHP oraz przedmiotu podpisem. Warunkiem zaliczenia laboratorium jest wykonanie 5 ćwiczeń praktycznych. Student zobowiązany jest do zaliczenia części teoretycznej (odp. ustna, lub pisemna), praktycznego wykonania ćwiczenia oraz oddania sprawozdania z części praktycznej. Waga ocen 0.5 OD + 0.5SPR. Student ma prawo do poprawienia jednego dowolnego ćwiczenia lub uzupełnienia brakującego na zajęciach dodatkowych przewidzianych w harmonogramie.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena końcowa (OK.) obliczana zgodnie z równaniem:
OK = 0.5W + 0.5L
gdzie:
W – ocena z zaliczenia materiału wykładowego,
L – ocena z ćwiczeń laboratoryjnych
Zaliczanie w kolejnych terminach nie wpływa na ocenę końcową. Brana jest ocena ostateczna

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Student nieobecny z powodu choroby ma prawo do wykonania ćwiczeń na innych grupach laboratoryjnych lub w terminie dodatkowym ustalonym przez prowadzącego.
Inne przyczyny losowe będą rozważane zgodnie z regulaminem studiów i konsultowane
z odpowiedzialnym za przedmiot. Ostanie zajęcia laboratoryjne są przewidziane dla uzupełnienia braków lub poprawy ćwiczenia w celu uzyskania wyższej oceny

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Nie podano wymagań wstępnych lub dodatkowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Handbook of batteries, D. Linden i T.B. Reddy (Eds), McGraw-Hills 1995
2. S. Srinivasan, Fuel cells. From Fundamentals to applications, Springer, 2006
3. A. Czerwiński, Akumulatory, baterie, ogniwa, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, W-wa, 2005
4. Materiały dydaktyczne dostarczone przez prowadzących zajęcia
5. Publikacje naukowe i dane techniczne dotyczące światowych rozwiązań w zakresie elektrochemicznych źródeł enrgii

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. M. Dudek, R. I. Tomov, C. Wang, B. A. Głowacki, P. TOMCZYK, R. P. Socha, M. Mosiałek Feasibility of direct carbon solid oxide fuel cell (DC-SOFC) fabrication by inkjet printing technology, Electrochimica Acta 2013 vol. 105, s. 412–418
2. M. Dudek, P. Tomczyk, R. Socha, M. Skrzypkiewicz, J. Jewulski, Biomass fuels for direct carbon fuel cells, International Journal of Electrochemical Science 2013 (8) 3229–53; (IF2013: 1.956)
3. M.Dudek, P. Tomczyk, P.Wygonik, M. Korkosz, P. Bogusz, B. Lis Hybrid fuel cell – battery system as a main power unit for small unmanned aerial vehicles (UAV), International Journal of Electrochemical Science 2013 vol. 8 iss. 6, s. 8442–8463
4. M.Dudek, B.Lis, R. Lach, S. Daguela, T. Salkus, M. Mosiałek, R. P.Socha, M. Gajek, J. Morgiel, M. Ziąbka, Ba0.95Ca0.05Ce0.9Y0.1O3 as an electrolyte for proton-conducting ceramic fuel cells, Electrochimica Acta 304 (2019) 70-79
5. M. Mosiałek, P. Nowak, M. Dudek, G. Mordarski, Oxygen reduction at the Ag|Gd0.2Ce0.8O1.9 interface studied by electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry at the silver point electrode, Electrochimica Acta — 2014 120, 248–257
6. Influence of the conditions of a solid-state synthesis anode material Li4Ti5O12 on its electrochemical properties of lithium cells / Danuta OLSZEWSKA, Anna RUTKOWSKA // Bulletin of Materials Science ; ISSN 0250-4707. — 2018 vol. 41 iss. 1 art. no. 16, s. 1–8.
7. Hierarchically structured lithium titanate for ultrafast charging in long-life high capacity batteries / Mateusz ODZIOMEK, Frédéric Chaput, Anna RUTKOWSKA, Konrad ŚWIERCZEK, Danuta OLSZEWSKA, Maciej SITARZ, Frédéric Lerouge, Stephane Parola // Nature Communications [Dokument elektroniczny]. — Czasopismo elektroniczne ; ISSN 2041-1723. — 2017 vol. 8 art. no. 15636, s. 1–7.

Informacje dodatkowe:

Brak