Материалы для альтернативной энергетики

2022/2023

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Дисциплина общефакультетского пула

Кто читает: Факультет химии

Когда читается: 3 модуль

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Кулова Татьяна Львовна, Стенина Ирина Александровна, Ярославцев Андрей Борисович

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 46

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Энергия является одним из самых востребованных продуктов, без которого невозможно ни одно современное производство и работа разнообразных приборов, определяющих быт и даже стиль жизни современного человека. Однако производство энергии из углесодержащего сырья сопряжено с загрязнением окружающей среды. В связи с обострением экологических проблем поднимается вопрос о необходимости перехода на новые альтернативные источники энергии. Поэтому актуален вопрос о том, какие источники энергии будут доминировать, возможно, уже к середине нынешнего века. Согласно директивам развития энергетики в развитых странах это будут возобновляемые источники энергии (ВИЭ), среди которых можно выделить солнечные батареи, ветрогенераторы, энергию приливов и отливов. Однако возможность использования этих источников ограничена продолжительностью и стохастичностью природных явлений. Поэтому для обеспечения бесперебойного энергоснабжения необходимо параллельное использование накопителей энергии, наиболее перспективными среди которых можно считать металл-ионные аккумуляторы, редокс батареи и водородный цикл. В каждом из этих устройств нужны свои определенные типы материалов, такие как твердые электролиты, фотовольтаические и электродные материалы, катализаторы, сорбенты, мембраны и пр. Однако кроме устройств, непосредственно производящих энергию, для обеспечения их работы необходим и целый ряд других. Так, например, для обеспечения водородной энергетики необходимо получение водорода (электролиз, конверсия углеводородов, угля или биомассы), его очистка и хранение. И на каждом из этих этапов определяющую роль играют материалы. Целями освоения дисциплины материалы для альтернативной энергетики являются формирование у обучающихся основ знаний об основных устройствах альтернативной энергетики и материалах, обеспечивающих их работу. В связи с разнообразием этих устройств и материалов, различные его разделы будут читаться несколькими специалистами. Данный курс будет включать следующие основные разделы: 1. Солнечная энергетика, основные типы используемых в ней материалов. 2. Основные типы металл-ионных аккумуляторов. 3. Проточные батареи. 4. Водородная энергетика и топливные элементы. Системы генерации, очистки и хранения водорода. 5. Обратный электродиализ.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Материалы для альтернативной энергетики» являются формирование у обучающихся основ знаний об основных устройствах альтернативной энергетики и материалах, обеспечивающих их работу; познакомить обучающихся с основными типами перспективных устройств, обеспечивающих генерацию энергии и материалов, использующихся для их формирования; методами производства устройств альтернативной энергетики; научить производить расчеты для конструирования устройств альтернативной энергетики, делать выводы из расчетных и экспериментальных исследований. В связи с разнообразием этих устройств и материалов, различные его разделы будут читаться несколькими специалистами.

Планируемые результаты обучения

Имеет представление об основных типах носителей энергии, возобновляемой энергетике и роли накопителей энергии.
Демонстрирует знания о солнечной энергетике и фотовольтаике, типах кремниевых солнечных элементов, факторах, определяющих их эффективность. Иммеет представление о полностью твердотельных солнечных элементах, их стабильности. Может сопоставлять основные типы солнечных элементов.
Демонстрирует знания о классификации химических источников тока. Имеет представление о электрохимических процессах, протекающих на электродах в химических источниках тока различного типа. Демонстрирует знания по определению удельных энергетических характеристик химических источников тока
Демонстрирует знания о классификации окислительно-восстановительных проточных батареях. Имеет представление о электрохимических процессах, протекающих на электродах ванадиевой окислительно-восстановительной батареи. Демонстрирует знания на определение удельных энергетических проточной батареи.
Демонстрирует знания о методах производства, очистки и хранении водорода. Можнт сопоставлять методах производства водорода по уровню потребления энергии и выбросов.
Демонстрирует знания о различных типах топливных элементах, материалах, необходимых для их создания. Может сопоставить эффективность, преимущества и недостатки различных топливных элементов.
Имеет представления о процессе обратного электродиализа, перспективах его применения.