Φυσικοχημεία & Ηλεκτροχημεία Υλικών

Διδάκοντες: Α. Αβρανάς, Δ. Σαζού, Π. Γιαννακουδάκης

Ώρες διδασκαλίας/εβδομάδα: 4

ECTS: 10

α) Φυσική Χημεία ιοντικών στερεών: Ιόντα και ηλεκτρόνια σε στερεά. Χημικοί δεσμοί στα στερεά και θεωρία ενεργειακών ζωνών (αγώγιμα, ημιαγώγιμα και μη αγώγιμα υλικά). Στοιχεία kρυσταλλογραφίας. Θερμοδυναμική ισορροπία ιδανικών και πραγματικών κρυσταλλικών στερεών. Πλεγματικές σημειακές ατέλειες (ιοντικές, ηλεκτρονιακές, ενδογενείς, εξωγενείς, επίδραση πρόσμειξης). Αντιδράσεις ατελειών, συζεύγματα, σύμπλοκα. Φαινόμενα μεταφοράς και ιονική αγωγιμότητα.

β) Φυσική Χημεία διεπιφανειών: Θερμοδυναμική διεπιφανειών. Διεπιφανειακή τάση και προσρόφηση. Ηλεκτρισμένες διεπιφάνειες (συνθήκες ισορροπίας και μη ισορροπίας διεπιφανειών ηλεκτροδίου-ηλεκτρολυτικού διαλύματος). Δράση Marαngoni. Μικκύλια. Κρίσιμη συγκέντρωση σχηματισμού μικκυλίων και προσδιορισμός της δομής μικκυλίων. Παράμετρος τακτοποίησης. Διαλυτοποίηση. Αδιάλυτες μονοστοιβάδες. Αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κολλοειδών. Συστήματα τασενεργών ουσιών και πολυμερών. Τριαδικά συστήματα και τριγωνικά διαγράμματα. Σημαντικές εφαρμογές της χημείας διεπιφανειών.

 


 

Μέθοδοι Χαρακτηρισμού Υλικών

Διδάκοντες: Σ. Σωτηρόπουλος, Α. Χατζηδημητρίου, Π. Πατσαλάς, Ε. Παυλίδου, Χ. Προχάσκα, Δ. Γαβριήλ

Ώρες διδασκαλίας/εβδομάδα: 4

ECTS: 10

α) Μικροσκοπίες: Μικροσκοπίες σάρωσης με ακίδα (Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων (Αtomic Force Microscopy, AFM), Μικροσκοπία Σάρωσης Φαινομένου Σήραγγος (Scanning Tunneling Microscopy, STM), Μικροσκοπία Ηλεκτροχημικής Σάρωσης (Scanning Electrochemical Microscopy, SECM)). Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (SEM).

β) Φασματοσκοπίες: Φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS). Φασματοσκοπία ηλεκτρονίων Auger (Auger Electron Spectroscopy, AES). Φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς (Energy Dispersive Spectroscopy, EDS)

γ) Περίθλαση Ακτίνων Χ

δ) Αεριοχρωματογραφική μελέτη υλικών.

ε) Επίδειξη λήψης μετρήσεων

 


 
Αρχές Ηλεκτροδιακών Δράσεων και Ηλεκτροχημικών Τεχνικών

Διδάκοντες: Δ. ΣαζούΣ. Σωτηρόπουλος, Π. Γιαννακουδάκης

Ώρες διδασκαλίας/εβδομάδα: 4

ECTS: 10

α) Βασικές αρχές ηλεκτροδιακών δράσεων: Ηλεκτροχημική κυψέλη. Θερμοδυναμική ισορροπία και δυναμικό κυψέλης και ηλεκτροδίων. Κινητική ηλεκτροδιακών δράσεων και ρεύμα. Κινητική μεταφοράς φορτίου. Ηλεκτροκατάλυση. Φαινόμενα μεταφοράς μάζας. Συνθήκες σταθερής και μη σταθερής κατάστασης. Αντιστρεπτές και μη αντιστρεπτές ηλεκτροδιακές δράσεις.

β) Ηλεκτροχημικές τεχνικές: Γενική επισκόπηση βασικών ηλεκτροχημικών τεχνικών. Βολταμμετρία. Αμπερομετρία. Ποτεντιομετρία. Υδροδυναμική βολταμμετρία (ηλεκτρόδιο περιστρεφόμενου δίσκου, δίσκου-δακτυλίου και κυψέλη ροής).  Βολταμμετρία μικροηλεκτροδίων. Ηλεκτροχημική φασματοσκοπία εμπέδησης (Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS).

γ) Παραδείγματα μελέτης ηλεκτροδιακών δράσεων: Μελέτη αναγωγής οξυγόνου με περιστρεφόμενο ηλεκτρόδιο δίσκου, δίσκου δακτυλίου και μικροηλεκτρόδια. Μελέτη οξείδωσης μεθανόλης με βολταμμετρία ημισταθερής κατάστασης και χρονοαμπερομετρία. Mελέτη έκλυσης υδρογόνου και οξυγόνου με βολταμμετρία ημισταθερής κατάστασης και χρονοαμπερομετρία. Παραδείγματα μελέτης μηχανισμού οργανικών αντιδράσεων με κυκλική βολταμμετρία.

δ) Εργαστηριακές ασκήσεις: Μελέτη αντιστρεπτών και μη αντιστρεπτών ηλεκτροδιακών αντιδράσεων με πολαρογραφία και κυκλική βολταμμετρία. Πειράματα περιστρεφόμενου ηλεκτροδίου δίσκου (Rotating Disc Electrode, RDE). Πειράματα με μικροηλεκτρόδια.Πειράματα ηλεκτροχημικής φασματοσκοπίας εμπέδησης.

 


 
Τεχνολογικές Εφαρμογές Ηλεκτροχημικών Συστημάτων

Διδάκοντες: Σ. Σωτηρόπουλος, Δ. Τσιπλακίδης, Δ. Σαζού

Ώρες διδασκαλίας/εβδομάδα: 4

ECTS: 10

α) Βασικά χαρακτηριστικά ηλεκτροχημικών εφαρμογών : Τύποι ηλεκτροδίων. Τύποι κυψελών. Τύποι αντιδραστήρων. Παράμετροι απόδοσης διεργασίας.

β) Ηλεκτροσυνθέσεις: Παραγωγή χλωρίου-αλκάλεως (chlor-alkali industry). Παραγωγή αδιπονιτριλίου. Αγώγιμα πολυμερή.

γ) Ηλεκτροχημεία  μετάλλων: Επιμεταλλώσεις. Ηλεκτροχημική μεταλλουργία. Διάβρωση-προστασία μετάλλων.                       

δ) Ηλεκτροχημικές Τεχνικές Αντιρρύπανσης: Περιληπτική επισκόπηση εφαρμογών ηλεκτροχημικής επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (απόθεση μεταλλοϊόντων, οξείδωση οργανικών, ηλεκτροδιάλυση) . Η ηλεκτροχημική αναγωγή και επανάκτηση τοξικών, βαρέων και πολύτιμων μετάλλων (άμεση καθοδική απόθεση, ηλεκτροδιάλυση, ηλεκτροκαταβύθιση). Ηλεκτροχημική οξείδωση ρύπων.

ε) Ηλεκτροχημικοί Ανιχνευτές και Αισθητήρες: Γενική επισκόπηση  ηλεκτροχημικών ανιχνευτών και αισθητήρων. Μικροηλεκτροδιακοί αισθητήρες. Εκλεκτικά ηλεκτρόδια ιόντων (Ion Selective Electrodes, ISEs). Ηλεκτροχημικοί αισθητήρες αερίων.

στ) Ηλεκτροχημική ανίχνευση σε συστήματα ροής (υγρή χρωματογραφία υψηλής πίεσης, HPLC,  και flow injection analysis.

ζ) Επίδειξη πειραμάτων: Σύνθεση αγώγιμων πολυμερών. Ηλεκτροαπόθεση/επιμετάλλωση. Διάβρωση.

 


 
Ηλεκτροχημικά Συστήματα Μετατροπής & Αποθήκευσης Ενέργειας

Διδάκοντες:  Δ. Τσιπλακίδης, Σ. Μπαλωμένου

Ώρες διδασκαλίας/εβδομάδα: 4

ECTS: 10

α) Εισαγωγή στα Ηλεκτροχημικά Ενεργειακά Συστήματα: Βασικές αρχές και θερμοδυναμική θεώρηση γαλβανικών κελιών, ηλεκτροχημική μετατροπή ενέργειας, ηλεκτροχημικές τεχνολογίες και αντιδραστήρες αποθήκευσης ενέργειας.

β) Μπαταρίες: Αρχή λειτουργίας μπαταριών, ηλεκτροδιακές δράσεις και χαρακτηρισμός μπαταριών, χαρακτηριστικά μπαταριών, τύποι μπαταριών, συστατικά (διαχωριστής, ηλεκτρόδια, ενεργά συστατικά, συλλέκτες ρεύματος, ηλεκτρολύτες), μπαταρίες πρώτου τύπου, μπαταρίες δεύτερου τύπου (επαναφορτιζόμενες), μπαταρίες λιθίου, μπαταρίες ροής ηλεκτροενεργού ζεύγους (redox flow batteries), εφαρμογές.

γ) Κυψέλες καυσίμου: Βασικές αρχές λειτουργίας, θερμοδυναμική κυψελών καυσίμου, κινητική ηλεκτροδιακών δράσεων, διεργασίες μεταφοράς φορτίου και φαινόμενα μεταφοράς μάζας σε κυψέλες καυσίμου, τύποι κυψελών καυσίμου, ηλεκροχημικός χαρακτηρισμός κυψελών καυσίμου, συστήματα κυψελών καυσίμου, διατάξεις ηλεκτρόλυσης, αναγεννούμενες κυψέλες καυσίμου, εφαρμογές.

δ) Ηλεκτροχημικοί πυκνωτές: ηλεκτροχημική διπλοστοιβάδα, πυκνωτές με ηλεκτρόδια άνθρακα, υλικά και διατάξεις ψευδο-πυκνωτών, υβριδικοί (ασύμετροι) υπερπυκνωτές (supercapacitors), χαρακτηρισμός και διαγνωστικά εργαλεία για ηλεκτροχημικούς υπερπυκνωτές, εφαρμογές.

ε) Εργαστήριο: Ανάπτυξη υλικών και διατάξεων κυψελών καυσίμου και ηλεκτρόλυσης τύπου PEM και SOC. Ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός κυψελών καυσίμου και διατάξεων ηλεκτρόλυσης. Ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός μπαταριών ιόντων λιθίου.

 Ιστοσελίδα μαθήματος


 
Φωτοηλεκτροχημεία Ημιαγωγών: Εφαρμογές στην αντιμετώπιση Ενεργειακών & Περιβαλλοντικών προβλημάτων

Διδάκοντες: Ι. ΠούλιοςΘ. Στεργιόπουλος, Π. Φαλάρας

Ώρες διδασκαλίας/εβδομάδα: 4

ECTS: 10

α) Θεωρία: Μέταλλα-Ημιαγωγοί-Μονωτές. Ηλεκτρικές και Οπτικές ιδιότητες των ημιαγωγών. Hλεκτρολυτικα διαλύματα – Γαλβανικά Στοιχεία - Ημιστοιχεία. Η ετεροεπαφή ημιαγωγού/ ηλεκτρολύτη με απουσία και παρουσία φωτός. Διάβρωση-Φωτοδιάβρωση Ημιαγωγών. Πειραματικές διατάξεις φωτοηλεκτροχημικών μετρήσεων. Πειραματικές διατάξεις φωτοηλεκτροχημικού προσδιορισμού βασικών μεγεθών ημιαγώγιμων υλικών. Ημιαγώγιμα υλικά-Καταλύτες.

β) Εφαρμογές: Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας μέσω φωτοηλεκτροχημικών διεργασιών. Φωτοσύνθεση. Φωτοβολταϊκά στοιχεία. Φωτοηλεκτροχημικά στοιχεία. Φωτοεγκλωβισμός, Φωτοαπεγκλωβισμός. Φωτοηλεκτροσυνθετικά στοιχεία (Παραγωγή υδρογόνου, Αναγωγή toy CO2). Φωτοκαταλυτική και Φωτοηλεκτροκαταλυτική αποικοδόμηση ρύπων. H φωτοηλεκτροκαταλυτική οξείδωση. Φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση ρύπων οργανικής προελεύσεως . Ανάκτηση πολυτίμων και βαρέων τοξικών μετάλλων. Φωτοκαταλυτική απολύμανση νερού και αέρα. Οξείδωση αερίων ρύπων. Φυσικές συνθήκες φωτισμού. Φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση ρύπων οργανικής προελεύσεως.

γ) Εργαστήριο (Πειράματα επίδειξης): Καταγραφή καμπυλών ρεύματος δυναμικού διαφόρων ημιαγώγιμων ηλεκτροδίων, με απουσία και παρουσία φωτισμού. Μέτρηση της απόδοσης μετατροπής του ηλιακού φωτός σε φωτοευαισθητοποιημένο φωτοηλεκτροχημικό στοιχείο.Φωτοκαταλυτική οξείδωση ρύπων σε υγρά απόβλητα. Φωτοκαταλυτική ανάκτηση ευγενών μετάλλων.