Энгельсский технологический институт (филиал)
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени »
Кафедра «Технология электрохимических производств»
Рабочая программа
по дисциплине ЕН. В.01.01
«Электрохимические аспекты водородного материаловедения»
240302.65 Технология электрохимических производств
Курс 4 (5) | Курсовая работа нет |
Семестр 7 (10) | Курсовой проект нет |
Лекции | Расчетно-графическая работа нет |
Лабораторные занятия нет | Контрольная работа 10 сем |
Практические занятия | Экзамен нет |
Самостоятельная работа | Зачет 7 (10) сем |
Всего аудиторных | |
Всего |
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры ТЭП
«30» августа 2011 г., протокол
Председатель УМКС, профессор _________
Рабочая программа утверждена на заседании УМКС
«18» октября 2011 г., протокол
Зав. кафедрой, профессор _______________
г. Энгельс 2011
1. Цель и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе
1.1. цель преподавания дисциплины заключается в подготовке специалистов, владеющих современными знаниями в электрохимической технологии, в частности, в области, связанной с получением, накоплением, использованием водорода, его влиянием на структуру и свойства электролитических осадков.
1.2. Задачи изучения дисциплины: изучение механизма и кинетики выделения водорода из различных сред, на гладких, пористых электродах, возможности использования водородного электрода при разработке металл-водородного аккумулятора, разработке металл-водородных электрохимических устройств.
1.3. Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для усвоения данной дисциплины: теоретическая электрохимия, основы электрохимической технологии, ХИТ, математика, физика, коррозия металлов, материаловедение.
2. Требования к знаниям и умениям студентов по дисциплине:
Студент должен знать основные закономерности электровосстановления водорода, уметь применить знания к разработке металл-водородных аккумуляторов и других электрохимических устройств.
3. Распределение трудоемкости (час) дисциплины по темам и видам занятий
№ модуля | № недели | № темы | Наименование темы | Часы | |||
всего | лекций | практ. занятий | срс | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
1 | 1 | 1 | Вводная. Проблемы водородной энергетики. Наводораживание и его роль в формировании физико-химических и механических свойств–металлических изделий. | 2 (11) | 2 (1) | (10) | |
2-4 | 2 | Механизм водородной реакции на гладких электродах (металлы платиновой группы, никель и железо) | 18 (11) | 6 (1) | 6 (2) | 6 (8) | |
5-8 | 3 | Наводораживание металлов и сплавов | 37 (12) | 8 (2) | 8 (2) | 21 (8) | |
2 | 9-10 | 4 | Макрокинетические особенности работы водородного электрода металл-водородных аккумуляторов | 3 (9) | 3 (1) | (8) | |
10-11 | 5 | Типы и технологические приемы изготовления водородных электродов | 3 (9) | 3 (1) | (8) | ||
12 | 6 | Влияние фазового осаждения и адсорбции примесей на кинетику водородной реакции на гладких электродах | 2 (9) | 2 (1) | (8) | ||
13-14 | 7 | Металл-оксидные электроды и их взаимодействие с водородом | 18 (16) | 4 | 14 (16) | ||
15-16 | 8 | Металл-водородные аккумуляторы | 15 (16) | 4 | 1 | 10 (16) | |
17 | 9 | Металл-водородные электрохимические устройства | 4 (9) | 2 (1) | 2 | (8) | |
Итого | 34 (8) | 17 (4) | 51 (90) |
4. Содержание лекционного курса
№ темы | Всего часов | № лекции | Вопросы, отрабатываемые на лекции |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | 2 (1) | 1 (1) | Проблемы водородной энергетики. Наводораживание и его роль в формировании физико-химических и механических свойств металлических изделий |
2 | 6 (1) | Механизм водородной реакции на гладких электродах (металлы платиновой группы, никель, железо). Дифференциальная и интегральная кривые заряжения Pt электрода в кислом электролите. Кинетические уравнения разряда-ионизации водорода, рекомбинации атомов водорода. Адсорбция и абсорбция водорода. Анодное перенапряжение реакции электроокисления молекулярного водорода. Зависимость кинетических параметров водородной реакции от давления водорода. Электрокатализаторы разряда - ионизации водорода: нанесенные катализаторы, платинусодержащие катализаторы, микроструктура нанесенных платиновых катализаторов, электрокатализаторы, не содержащие платину. | |
3 | 8 (2) | Наводораживание при электроосаждении. Наводораживание электролитических осадков. Пути включения водорода в электролитический осадок. Факторы, влияющие на процесс наводораживания ( перенапряжение выделения водорода, природа осаждаемого покрытия, температуры процесса, плотность тока поляризации, давление) Структура наводороженного покрытия. Наводороживание основы в процессе электроосаждения. Наводораживание стали в процессе осаждения осадков Zn, Ni, Fe, сплавов на основе железа ( Fe-Ni, Fe-Cr). | |
4 | 3 (1) | 9,10 (3) | Водородопроницаемость мембран. Макрокинетические особенности работы водородного электрода металл-водородных аккумуляторов. Модели пористых электродов. Основные уравнения макрокинетики. Нестационарные процессы на водородном электроде. |
5 | 3 (1) | 10,11 (3) | Типы и технологические приемы изготовления водородны электродов. Гидрофильные водородные электроды. Гидрофобизированные водородные электроды: структурно-кинетические свойства водородных электродов, гидрофобизированных полиэтиленом, фторопластом. |
6 | 2 (1) | 12 (4) | Влияние фазового осаждения и адсорбции примесей на кинетику водородной реакции на гладких электродах. Фазовое осаждение и адсорбция примесей. Кинетика водородной реакции при адсорбции посторонних ионов. |
7 | 4 | 13,14 | Металл-оксидные электроды и их взаимодействие с водородом. Особенности электрохимических реакций на металл-оксидных электродах. Термопассивация. Влияние примесей на электрохимическое поведение металл-оксидных электродов. Реакции в кислой среде. Электрохимическая устойчивость металл-оксидных электродов в контакте с молекулярным водородом. |
1 | 2 | 3 | 4 |
8 | 4 | 15,16 | Металл-водородные аккумуляторы. Процессы при заряде аккумуляторного электрода. Оптимальный режим заряда. Изменение концентрации в процессе заряда электрода. Рекомбинация активных масс и парциальные реакции саморазряда. Примеры металл-водородных аккумуляторов. |
9 | 2 (1) | 17 (4) | Металл-водородные электрохимические устройства. Электрохимические генераторы водорода. Интегратор дискретно-непрерывного действия. |
5. Перечень практических занятий
№ темы | Всего часов | № занятия | Темы практического занятия. Вопросы, отрабатываемые на практическом занятии. |
2 | 2 (1) | 1 (1) | Семинар на тему: «Механизм и кинетичекие закономерности электровосстановления водорода из кислых, нейтральных и щелочных сред». Реакции электровосстановления Н2 из кислой, нейтральной, щелочной среды. Понятие лимитирующей стадии. Механизм Тафеля, Фольмера, Гейеровского. Факторы, влияющие на перенапряжение выделения водорода (плотность тока, состав электролита, рН, материал катода). Уравнение Тафеля. |
2 | 4 (1) | 2,3 (1) | Изучение кинетики электровосстановления водорода на жидких и твердых электродах (обработка экспериментальных результатов ПС, ГС, ПДК, решение задач). |
3 | 2 (1) | 4 (2) | Семинар на тему «Наводороживание металла основы и покрытия при электроосаждении металлов и сплавов». Взаимодействие водорода с металлами. Классификация металлов по Смитту. Пути включения водорода в гальванический осадок, основу. Методы определения содержания водорода в металлах. |
3 | 4 | 5,6 | Изучение наводороживания металлов и сплавов (обработка ПС, ГС, ПД кривых, анализ фотографий поверхности металлов и сплавов, анализ изменения физико-механических свойств поверхности при наводораживании). |
3 | 2 (1) | 7 (2) | Семинар «Водородопроницаемость мембран». Механизм диффузии водорода через железную мембрану, влияние состава раствора, температуры, давления. Влияние наводороживания на структуру и свойства железа. |
8,9 | 3 | 8,9 | Семинар «Металл-водородные аккумуляторы и электрохимические устройства». Катализаторы разряда-ионизации Н2, способы их получения. Модели выделения Н2 на пористых электродах. Нестационарные процессы на водородном электроде. Основные кинетические уравнения. |
6. Перечень лабораторных работ
Учебным планом – не предусмотрен
7. Задания для самостоятельной работы (очная форма обучения)
№ темы | Всего часов | Вопросы для самостоятельного изучения | Литература |
2 | 6 | Теории электровосстановления водорода | [2,4,9,10 доп.] |
3 | 21 | Наводораживание электролитических сплавов на основе железа ( Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Ni-Co и др.) | [8,9,7доп.] |
7 | 14 | Металл-оксидный электрод в контакте с ионообменной мембраной | [9,4 доп.] |
8 | 10 | Моделирование зарядного процесса в металл-водородных аккумуляторах | [9,4 доп.] |
7. Задания для самостоятельной работы (заочная форма обучения)
№ темы | Всего часов | Вопросы для самостоятельного изучения | Литература |
1 | 10 | Влияние наводороживания на физико-химические свойства металлов и сплавов. | [8,1доп., 6доп.,7доп.] |
2 | 8 | Механизм реакции электрохимического выделения водорода на металлах подгруппы железа. | [1, 4доп.] |
3 | 8 | Наводораживание электролитических сплавов на основе железа (Fe-Ni, Fe-Cr, Fe-Ni-Co и др.). | [1,9] |
4 | 8 | Водородопроницаемость мембран. Модели пористых электродов. Нестационарные процессы на водородном электроде. | [1, 4доп., 13доп.] |
5 | 8 | Гидрофобизированные водородные электроды: структурно-кинетические свойства водородных электродов, гидрофобизированных полиэтиленом, фторопластом. | [4 доп.] |
6 | 8 | Влияние фазового осаждения и адсорбции примесей на кинетику водородной реакции на гладких электродах. Кинетика водородной реакции при адсорбции посторонних ионов. | [6,8] |
7 | 16 | Металл-оксидные электроды и их взаимодействие с водородом. Влияние примесей на электрохимическое поведение металл-оксидных электродов. Электрохимическая устойчивость металл-оксидных электродов в контакте с молекулярным водородом. | [4 доп.] |
8 | 16 | Металл-водородные аккумуляторы. Процессы при заряде аккумуляторного электрода. Изменение концентрации в процессе заряда электрода. Рекомбинация активных масс и парциальные реакции саморазряда. Примеры металл-водородных аккумуляторов. | [4 доп., 12доп., 13доп.] |
9 | 8 | Электрохимические генераторы водорода. Интегратор дискретно-непрерывного действия. | [12доп., 13доп.] |
8. Курсовой проект
Учебным планом не предусмотрен.
9. Курсовая работа
Учебным планом не предусмотрена.
10. Расчетно-графическая работа
Учебным планом не предусмотрена.
11. Контрольная работа
1 контрольная работа для студентов заочной формы обучения.
12. Экзаменационные вопросы
Учебным планом не предусмотрены.
13. Список основной и дополнительной литературы по дисциплине
Основная
1. Байрамов электрохимии: Учебное пособие для вузов. М.: Академия, 200с.
2. Салем химия. Начала теоретической электрохимии. М.: Комкнига, 200с.
3. и др. Сборник задач по электрохимии: Учебное пособие для вузов. М.: Академия, 200с.
4. Сборник практических материалов для работников гальванических цехов / , . - М.: Глобус, 20с.
5. Цинкование. Техника и технология. - М.: Глобус, 20с.
6. Фосфатирование. , , - М.: Глобус, 20с.
7. Электролитическое хромирование / , . - М.: Глобус, 20с.
8. Организация гальванического производства. Оборудование, расчёт производства, нормирование / . - М.:«Глобус», 2005. – 240с.
9. Измерение pHs приэлектродного слоя: уч. пособие / С, .-Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2007.-34 с.
10. , Гоц электролитического выделения водорода. Методические указания к выполнению лабораторных работ. Изд-во Сарат. техн. гос ун-та, Саратов.- 2006.-20 с.
11. Журналы «Электрохимия», «Успехи химии», «Защита металлов», «Журнал прикладной химии
Дополнительная
1. , Поветкин покрытий.- М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999 – 29 с.
2. , Петрий в электрохимическую кинетику.- М..: Высшая школа. 1983.-400с.
3. Багоцкий электрохимии.- М.: Химия, 1988.-400с.
4. , Лызлов -водородные электрохимические системы. Теория и практика.- Л.: Химия, 198с.
5. , Багоцкий источники тока.-М.: Энергоиздат, 1981.-360с.
6. , Поветкин покрытий.-М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999 – 29 с.
7. Гамбург кристаллизация металлов и сплавов / . М.:Янус – К, 199с.
8. Топливные элементы / Э. Юсти, А. Винзель. М.: Мир, 196с.
9. Макрокинетика процессов в пористых средах / , и др. М.: Наука, 1971. – 364с.
10. Грилихес водорода с металлами при электрохимических процессах в растворах электролитов\ , \\ Журнал прикладной химии.- 1995.-Т.68, №3.- С. 353-365.
11. Взаимосвязь кинетики восстановления ионов водорода на железе и потока диффузии водорода в углеродистую сталь в кислых растворах \ и др. \\ Электрохимия.- 2003.- Т.37,№12.- С. .
12. Экзальтационные эффекты при электроосаждении металлов из кислых электролитов / , , и др. // ЭлектрохимияТ. 44, . 792-795.
13. Рогожников адсорбции анионов при интерпретации механизма электроосажения металлов из комплексных электролитов / // Электрохимия.- 2005. - № 7. – С. 815-818.
14. Использование наглядных пособий, ТСО, вычислительной техники.
Лекционный материал читается с использованием мультимедийной техники. Практические занятия по теме «2» проводятся с использованием компьютерной программы обработки экспериментальных данных.
Рабочая программа составлена
профессором
доцентом
