Хімічні засади перетворення та зберігання енергії
Спеціальність: Системи енергетики сталого розвитку
Код дисципліни: 6.141.09.O.025
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Хімії і технології неорганічних речовин
Лектор: проф. Гелеш Андрій Богданович
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Здатність вирішувати комплексні спеціалізовані задачі і практичні проблеми, пов’язані з проблемами виробництва, передачі та розподілення електричної енергії.
Результати навчання: - здатність продемонструвати знання та розуміння фізико-хімічних основ та принципів, що лежать в основі хімічного перетворення та збереження енергії;
- здатність продемонструвати знання та навики щодо експериментального та теоретичного дослідження експлуатаційних характеристик електрохімічних систем;
- знати призначення, класифікацію, будову хімічних джерел струму;
- знати основи функціонування, електричні та експлуатаційні характеристики ХДС;
- здатність продемонструвати знання сучасного стану справ і новітніх технологій в електрохімічній галузі виробництва та акумулювання електричної енергії;
- здатність застосовувати знання технічних характеристик електрохімічних систем, конструкційних особливостей, призначення і правил експлуатації устаткування та обладнання для вирішення технічних задач спеціальності;
- знати сучасні і перспективні хімічні те електрохімічні методи одержання водню.
Розуміти основні принципи і завдання технічної та екологічної безпеки об’єктів електротехніки та електромеханіки, враховувати їх при прийнятті рішень.)
Уміння спілкуватись, включаючи усну та письмову комунікацію українською мовою та однією з іноземних мов (англійською, німецькою, італійською, французькою, іспанською)
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Фізика
Теоретичні основи електротехніки
Основи відновлюваної енергетики
Системи нагромадження електричної енергії
Основи енергоаудиту
Короткий зміст навчальної програми: В навчальній дисципліні «Хімічні засади перетворення та зберігання енергії» вивчають:
фізико-хімічні основи роботи хімічних джерел струму, головні типи ХДС; будову і функціонування хімічних джерел струму; головні електрохімічні та експлуатаційні характеристики ХДС; методи розрахунку та виготовлення типових ХДС; сучасні тенденції розвитку і вдосконалення ХДС та перспективи розвитку хімічних джерел струму; особливості застосування процесів електролізу для одержання водню, оптимальні параметри процесів електролізу розчинів та перспективні напрямки хімічного і електрохімічного одержання водню. Цикл лабораторних робіт дає можливість практичного дослідження основних характеристик засобів перетворення та зберігання енергії в хімічно зв'язаному стані.
Опис: РОЗДІЛ 1. ХІМІЧНІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ
1. ПРИЗНАЧЕННЯ, КЛАСИФІКАЦІЯ, БУДОВА ХІМІЧНИХ ДЖЕРЕЛ СТРУМУ. РОЗВИТОК ХДС
Визначення хімічних джерелах струму та області їх застосування. Класифікація ХДС: Гальванічні елементи (первинні хімічні джерела струму), Електрохімічні акумулятори (вторинні хімічні джерела струму), Паливні елементи (ПЕ) (електрохімічні генератори).
2. ФУНКЦІОНУВАННЯ, ЕЛЕКТРИЧНІ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХДС
Хімічні реакції, що протікають в ХДС. Головні електрохімічні характеристики ХДС. Електрорушійна сила, напруга при розрядженні і при зарядженні. Поляризація. Повний внутрішній опір. Ємність ХДС. Коефіцієнт використання активних речовин. Коефіцієнт використання струму. Енергія, потужність. Віддача за струмом, напругою, енергією. Саморозряджання. Термін служби, надійність, зберігання ХДС.
3. МАНГАНО-ЦИНКОВІ, ПОВІТРЯНО-ЦИНКОВІ ТА ПОВІТРЯНО-МАНГАНО-ЦИНКОВІ СИСТЕМИ. СРІБНО-ЦИНКОВІ, РТУТНО-ЦИНКОВІ, ТА РЕЗЕРВНІ СИСТЕМИ
4. ЛІТІЄВІ СИСТЕМИ
Теорія та електричні характеристики ЛЕ елементів. Фізико-хімічні властивості апротонних диполярних розчинників. Особливості роботи первинних елементів з літієвими анодами. Будова літієвих елементів. Електричні характеристики літієвих елементів. Порівняльна експлуатаційних на та техніко-економічна характеристика первинних ХДС різних типів
5. ПАЛИВНІ ЕЛЕМЕНТИ (ПЕ)
Загальна характеристика. Класифікація паливних елементів. Переваги і вади різних типів ПЕ. Розвиток паливних елементів. Основні принципи будови і роботи. Електродні процеси на газорідинних електродах. Киснево-водневі паливні елементи. Електроліти: матричні, іонообмінні та капілярні мембрани. Типи електродів. Області застосування ПЕ.
6. ВТОРИННІ ХДС (АКУМУЛЯТОРИ). КЛАСИФІКАЦІЯ
ЛУЖНІ АКУМУЛЯТОРИ. НІКЕЛЬ-КАДМІЄВІ (НК) ТА НІКЕЛЬ-ЗАЛІЗНІ (НЗ) АКУМУЛЯТОРИ, НІКЕЛЬ-ЦИНКОВІ, СРІБНО-ЦИНКОВІ, СРІБНО-КАДМІЄВІ, МЕТАЛОГАЗОВІ НІКЕЛЬ-ВОДНЕВІ ТА НІКЕЛЬ-МЕТАЛОГІДРИДНІ СИСТЕМИ
7. СВИНЦЕВІ КИСЛОТНІ АКУМУЛЯТОРИ (СКА). КОНСТРУКЦІЯ ТА ВИРОБНИЦТВО СКА. ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА УДОСКОНАЛЕННЯ СКА
8. ПЕРСПЕКТИВНІ ХІМІЧНІ ДЖЕРЕЛА СТРУМУ
Літієві, літій-іонні та літій-іон-полімерні акумулятори. Акумулятори з розтопленими електролітами. Електрохімічні генератори. Гібридні ХДС з комбінованими електродами
РОЗДІЛ 2. ХІМІЧНІ МЕТОДИ ОДЕРЖАННЯ ВОДНЮ
9. ВОДЕНЬ ЯК ПЕРСПЕКТИВНИЙ ЕНЕРГОНОСІЙ: ПЕРЕВАГИ І ВАДИ
Вода – найважливіша сировина для хімічної промисловості. Виробництво водню і його місце в рішенні сировинних, енергетичних та екологічних проблем. Фізико-хімічні властивості водню. Техніко-економічне порівняння методів одержання водню. Термодинамічні основи виробництва хімічних речовин з води. Тенденції розвитку виробництва водню.
10. СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ВОДНЮ Й ІНШИХ НЕОРГАНІЧНИХ РЕЧОВИН З ВОДИ (КИСНЮ, ВАЖКОЇ ВОДИ)
Електроліз води. Теоретичні основи електролізу води. Напруга на комірці. Вихід за струмом. Напруга на ванні. Розрахунок напруги з електродних потенціалів та термодинамічних даних. Воднолужний електроліз води. Технологічна схема воднолужного електролізу води. Основи одержання важкої води електрохімічними методами. Сучасні електролізери
11. ОСНОВНІ НАПРЯМКИ РОЗРОБКИ ПЕРСПЕКТИВНИХ ТЕХНОЛОГІЙ РОЗКЛАДАННЯ ВОДИ
Електроліз води з твердополімерним електролітом. Високотемпературний електроліз водяної пари. Основи термічного і термохімічного розкладу води. Комбіновані способи одержання водню з води. Оцінка енергетичних витрат на одержання водню з води. Воднева технологія акумулювання електроенергії.
Методи та критерії оцінювання: Виконання та захист лабораторних та контрольних робіт, усне опитування, тестовий контроль, який проводять у письмово-усній формі. Диференційований залік перед комісією з фіксацією питань та відповідей на них.
Критерії оцінювання результатів навчання: -здобувач освіти допускається до складання семестрового контролю (у формі заліку) лише після виконання обов’язкових індивідуального робіт. Оцінювання результатів навчання здобувачів освіти здійснюють за результатами ПК відповідно до 100-бальної шкали оцінювання, встановленої у Національному університеті «Львівська політехніка». Методику розподілу та нарахування балів здобувачам вищої освіти регламентовано Положенням про організацію та проведення поточного і семестрового контролю результатів навчання здобувачів освіти Національному університеті «Львівська політехніка».
(https://lpnu.ua/sites/default/files/2020/pages/2028/svo0309polozhennyaproorganizaciyutaprovedennyapotochnogoisemestrovogokontrolyu.pdf).
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Навчально-методичне забезпечення
1. Електронний навчально - методичний комплекс Хімічні засади перетворення та зберігання енергії/ https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=12170
2. Гелеш А.Б. Технічна електрохімія. Хімічні джерела струму: Конспект лекцій для студентів базового напрямку 6.051301 «Хімічна технологія» спеціальності 7.05130103 «Технічна електрохімія». - Львів, 2011. – 132 с.
3. Хімічні джерела струму : методичні вказівки та інструкція до лабораторної роботи з дисциплін “Технічна електрохімія” та “Хімічні засади перетворення та зберігання енергії” для студентів першого (бакалаврського) рівня вищої освіти спеціальностей 161 “Хімічні технології та інженерія” та 141 “Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка”. / укл. Гелеш А. Б., Мерцало І. П. ? Львів : Видавництво Національного Університету “Львівська Політехніка”, 2021. – 36 с.
Рекомендована література
Базова
1. Кошель М.Д. Теоретичні основи електрохімічної енергетики: Підручник. – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2002. – 430 с.
2. Байрачний Б.І. Технічна електрохімія. Ч. ІІ. Хімічні джерела струму: Підручник. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2003. – 174 с.
3. Горбачов А.К. Технічна електрохімія. Ч.І Електрохімічні виробництва хімічних продуктів: Підручник. – Харків: Прапор, 2002. – 254 с.
Допоміжна
1. Справочник по электрохимии / Под ред. А.М. Сухотина. – Л.: Химия, 1981. – 488 с.
2. Антропов Л.І. Теоретична електрохімія. – К.: Либідь, 1993. – 540 с.
Інформаційні ресурси
https://studfile.net/preview/5065162/page:3/
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).