Elektrochemistry connects transport of matter and of electric charge. It is a necessary tool for description of
batteries, fuel cells and electrolysers. The goal of the course is to formulate fundamental equations describing
elecrochemical processes by means of non-equilibrium thermodynamics and to present some of their solutions.
Last update: Šmíd Dalibor, Mgr., Ph.D. (14.05.2019)
Elektrochemie je disciplínou spojující transport hmoty a elektrického náboje. Je nezbytným nástrojem například
pro popis baterií, palivových článků nebo elektrolyzérů. Cílem přednášky bude zformulovat základní rovnice
popisující elektrochemické procesy pomocí nerovnovážné termodynamiky a demonstrovat některá jejich řešení.
Last update: Šmíd Dalibor, Mgr., Ph.D. (24.04.2018)
Course completion requirements -
After solving homework problems and passing a test, the exam will consist of detailed discussion of a chosen topic, proving general understanding of the whole lecture.
Last update: Pavelka Michal, doc. RNDr., Ph.D. (15.02.2021)
Zápočet bude udělen za vypracování domácích úkolů a písemky. Na zkoušku je třeba základní porozumění probrané látce a bude se detailně probírat jedno vybrané téma.
Last update: Pavelka Michal, doc. RNDr., Ph.D. (15.02.2021)
Literature -
Michal Pavelka, Václav Klika and Miroslav Grmela. Multiscale Thermo-Dynamics, de Gruyter (Berlin), 2018
Pavelka, M., Klika, V., Vágner, P., Maršík, F., Generalization of Exergy Analysis, Applied Energy 137 (2015), pp. 158-172
Atkins, de Paula, Physical Chemistry, OUP Oxford; 9 edition, 2009
Kjelstrup, S. and Bedeaux, D., Non-equilibrium thermodynamics of heterogeneous systems, World Scientific 2008
Last update: Pavelka Michal, doc. RNDr., Ph.D. (14.05.2019)
Michal Pavelka, Václav Klika and Miroslav Grmela. Multiscale Thermo-Dynamics, de Gruyter (Berlin), 2018
Pavelka, M., Klika, V., Vágner, P., Maršík, F., Generalization of Exergy Analysis, Applied Energy 137 (2015), pp. 158-172
Atkins, de Paula, Physical Chemistry, OUP Oxford; 9 edition, 2009
Kjelstrup, S. and Bedeaux, D., Non-equilibrium thermodynamics of heterogeneous systems, World Scientific 2008
Last update: Pavelka Michal, doc. RNDr., Ph.D. (14.05.2019)
Requirements to the exam -
To pass the exercises you should solve homeworks and pass a test.
To pass the exam, you will be asked to prove that you understand what we talked about.
Last update: Pavelka Michal, doc. RNDr., Ph.D. (15.02.2021)
Podmínky zkoušky: Základní porozumnění probranému.
Podmínky zápočtu: Vyřešení domácích úkolů a písemky.
Last update: Pavelka Michal, doc. RNDr., Ph.D. (15.02.2021)
Syllabus -
1) Review of Maxwell equations for electromagnetic field, magnetization and polarization.
2) Review of equation for transport of mixtures in mechanical equilibrium (Maxwell-Stefan diffusion relations). Entropy, free energy of mixtures. Entropy production.
3) Connection between Maxwell equations and diffusion equations. Lorentz force, electrochemical potential, Maxwell stress tensor. Basic rheological behavior of mixtures. Poisson equation. Ohm's law, Nernst-Planck-Poisson equations, Fick's law.
4) Electrochemical reactions, Butler-Volmer equation and equilibrium constants. Electrochemical tables, reference chemical potentials. Nernst relation, osmotic pressure, Donnan potential, open-circuit voltage and dissociation. Voltage of hydrogen fuel cells and redox flow batteries.
6) Transport equations, electrochemical reactions and description of hydrogen fuel cells.
7) Efficiency of energy producing devices, relation to entropy production. Stability using Braun-Le Chatelier principle.
Last update: Pavelka Michal, doc. RNDr., Ph.D. (14.05.2019)
1) Shrnutí Maxwellových rovnic pro elektromagnetické pole, magnetizace, polarizace.
2) Shrnutí rovnic popisujících transport směsí v mechanické rovnováze (Maxwell-Stefanovy difuzní vztahy). Entropie a volná energie směsí. Produkce entropie.
3) Propojení rovnic pro elektromagnetické pole a difuzních rovnic. Objevení Lorentzovy síly, elektrochemického potenciálu, Maxwellova tenzoru napětí. Základní reologické chování směsi. Poissonova rovnice. Ohmům zákon, Nernst-Planck-Poissonovy rovnice, Fickův zákon.
4) Elektrochemické reakce. Butler-Volmerova rovnice. Rovnováha. Práce s elektrochemickými tabulkami, referenční chemické potenciály. Nernstův vztah pro napětí. Osmotický tlak, Donnanův potenciál, open-circuit voltage. Disociace a rovnovážná konstanta. Napětí vodíkového palivového článku a vanadové průtočné baterie.
6) Propojení transportních rovnic a elektrochemických reakcí. Popis vodíkového palivového článku.
7) Účinnost zařízení produkujícího elektrickou energii. Souvislost s produkcí entropie. Stabilita systému pomocí Braun-Le Chatelierova principu.
Last update: Šmíd Dalibor, Mgr., Ph.D. (24.04.2018)
