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書籍詳細

  エンジニアのための電気化学

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林茂雄 元電通大教授 理博 著

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発行年月日:2012/07/13 , 判 型: A5,  ページ数:272頁

ISBN:978-4-339-06625-8,  定 価:3,672円 (本体3,400円+税)

ジャンル:

物理,エレクトロニクスの観点も取り入れた,これまでにないユニークで新しい電気化学の教科書。化学系のみならず,物理系,電気系技術者も読者層として考え,リチウム電池,燃料電池,太陽電池等具体的な応用についても解説した。

【目次】

1. 電気化学入門
1.1 電気化学小史
1.1.1 動電気と静電気
1.1.2 科学としての電気化学
1.2 電圧と電流
1. 電気化学入門
1.1 電気化学小史
1.1.1 動電気と静電気
1.1.2 科学としての電気化学
1.2 電圧と電流
1.2.1 強さと大きさ
1.2.2 大電流と小電流:その実際的意味
1.3 充電と放電
1.3.1 2次電池
1.3.2 コンデンサ
1.3.3 燃料電池と太陽電池
1.3.4 エネルギー密度とパワー密度
1.4 電気化学の産業応用
1.4.1 電気分解の実用化
1.4.2 電池の実用化
1.4.3 2 次電池の実用化
1.4.4 電気化学コンデンサ(スーパーキャパシタ)の実用化
1.4.5 燃料電池の実用化
1.4.6 光エネルギーの取込み
1.5 電気化学の原理
1.5.1 電気化学の舞台に登場するのは
1.5.2 電極上の素反応を考えると
章末問題.

2. 自分でできる電気化学
2.1 ボルタ電池
2.2 マンガン乾電池
2.2.1 マンガン乾電池の構造
2.2.2 アルカリ乾電池はどう違うか
2.2.3 マンガン乾電池を簡略化すると
2.2.4 自分でできる実験:乾電池の素材でつくるボルタ電池
2.2.5 自分でできる実験:電気分解
章末問題

3. 電気化学系の構成要素
3.1 電気化学系の基本的構成要素
3.2 電極1:属性
3.2.1 カソード・アノード
3.2.2 陽極・陰極
3.2.3 酸化電流と還元電流
3.2.4 電流–電位曲線
3.2.5 ファラデー電流と非ファラデー電流
3.3 電極2:材料
3.3.1 導体電極
3.3.2 半導体および半導体電極
3.4 電解質溶液
3.4.1 電極と電極をつなぐ電解質
3.4.2 電子移動を支援する支持電解質
3.4.3 支持電解質溶液の種類
3.4.4 境界面があれば電位差ができる
3.4.5 液間電位差
章末問題

4. 自由電子の移動と電気化学系
4.1 金属の電子論
4.1.1 金属および吸着のポテンシャルモデル
4.1.2 金属内電子のバンド構造
4.1.3 金属の電導性
4.2 電位差
4.2.1 金属の電位とフェルミ準位
4.2.2 接触電位差
4.2.3 ボルタ電位差
4.3 金属のバンドモデルと電気化学
4.3.1 電気分解
4.3.2 電池
4.4 電極を微視的に考える
4.4.1 電極反応と触媒反応
4.4.2 電極表面における電子移動
4.4.3 電極の電離
章末問題

5. 電気回路としての電気化学系
5.1 等価回路
5.1.1 等価回路の構成要素
5.1.2 複素数で考える
5.1.3 回路網解析
5.1.4 オペアンプ
5.2 電気化学セルの等価回路
5.2.1 ランドルズの等価回路
5.2.2 コール・コールプロット
5.3 電気2重層
5.3.1 ヘルムホルツモデル
5.3.2 グーイ・チャップマンモデル
5.3.3 グーイ・チャップマン・シュテルンモデル
5.3.4 電気2重層コンデンサ
5.4 電気回路の視点で見る電気化学系
5.4.1 静電容量による位相のずれ
5.4.2 電解液の抵抗
5.4.3 電池が自己放電をしないのはなぜか
章末問題

6. 電気化学の測定手法および実験手法
6.1 能動的セルとしての特性
6.1.1 電池のI–E 関係
6.1.2 電池のパワー密度とエネルギー密度
6.1.3 2 次電池の充放電特性
6.1.4 電池出力の過渡応答
6.1.5 平衡電圧と開放電圧
6.2 受動的セルの構成要素としての電極
6.2.1 作用電極・基準電極・補助電極
6.2.2 電極の配置
6.3 代表的な基準電極
6.3.1 標準水素電極
6.3.2 銀・塩化銀電極
6.3.3 飽和カロメル電極
6.4 さまざまな作用電極
6.4.1 白金電極・白金黒付き白金電極
6.4.2 グラファイト電極
6.4.3 滴下水銀電極
6.4.4 ガラス電極
6.4.5 イオン選択性電極.
6.4.6 光半導体電極
6.4.7 回転ディスク電極
6.4.8 回転リングディスク電極
6.5 電気化学系の制御
6.5.1 電位または電流の電子的制御
6.5.2 一定に保ちながら観測する
6.5.3 電圧または電流の時間変化を観測する
6.5.4 電気化学インピーダンス
章末問題

7. 電気化学:熱力学的平衡としての側面
7.1 自発的変化から得られる電気的仕事と起電力
7.1.1 電気化学系の準静的変化
7.1.2 半電池
7.2 準静的変化と起電力
7.2.1 1 対の半電池
7.2.2 定量的解析
7.2.3 標準起電力
7.2.4 二つの半電池で得られる起電力
7.2.5 活量と活量係数
7.3 熱力学量
7.3.1 化学平衡と平衡定数
7.3.2 熱力学的変数
7.4 標準電極電位
7.4.1 形式電位
7.4.2 標準還元電位・標準酸化電位
章末問題

8. 電極上での速度過程
8.1 電極界面における反応速度と電流
8.1.1 平衡電位から電位がずれると
8.1.2 電子移動速度と電流
8.1.3 標準電位と標準速度定数
8.1.4 交換電流
8.1.5 バトラー・フォルマーの式
8.1.6 限界電流
8.1.7 ターフェルの式
8.2 交流変調におけるi–E 関係
8.2.1 交流電位の重畳
8.2.2 電荷移動インピーダンス
8.2.3 Warburg インピーダンス
章末問題

9. 電気化学:移動現象としての側面
9.1 移動現象としての基本方程式
9.1.1 電極とバルクの間
9.1.2 1 次元空間での基本方程式
9.1.3 3 次元空間での基本方程式
9.1.4 電気化学方程式の実験的制御
9.2 拡散とイオンドリフト
9.2.1 拡散とイオンドリフトはファラデー電流にどう効くか—イオンの補給
9.2.2 支持電解質の働き
9.3 セルオートマトンによる電極反応のモデル化
9.3.1 セルオートマトンとは
9.3.2 電極反応のセルオートマトン
9.3.3 端面における反応確率
9.3.4 可変な拡散係数
9.4 拡散律速の例:ステップ電圧の印加
9.4.1 定性的振舞い
9.4.2 定量的解析
9.4.3 繰り返して印加すると
9.5 流れの活用1:回転ディスク電極
9.5.1 対流拡散問題
9.5.2 レビチの式
9.5.3 コウテキ・レビチの式
9.6 流れの活用2:回転リングディスク電極
9.6.1 測定装置
9.6.2 測定モード
章末問題

10. サイクリックボルタンメトリー
10.1 サイクリックボルタンメトリーの一般的特徴
10.2 非ファラデー過程
10.3 セルオートマトンによるファラデー過程のシミュレーション
10.3.1 可逆反応系
10.3.2 非可逆反応系
10.3.3 その他のパラメータ依存性
10.4 偏微分方程式に基づいたファラデー過程のシミュレーション:可逆反応系
10.4.1 拡散問題の解
10.4.2 電流の式
10.4.3 数値解
10.4.4 サイクリックボルタモグラム
10.5 偏微分方程式に基づいたファラデー過程のシミュレーション:非可逆反応系
10.6 実際のサイクリックボルタモグラム
章末問題

11. リチウムイオン2 次電池とスーパーキャパシタ
11.1 リチウムイオン電池
11.1.1 カーボン材料
11.1.2 Li を含む金属酸化物材料
11.1.3 支持電解質
11.1.4 バッテリーマネジメントシステム
11.2 スーパーキャパシタ
11.2.1 静電容量
11.2.2 支持電解質
11.2.3 レドックス型キャパシタ
11.2.4 性能.
11.3 電荷貯蔵用デバイスの相互比較
章末問題

12. 燃料電池
12.1 燃料電池とは
12.1.1 燃料電池の基本構成
12.1.2 燃料電池の種類
12.1.3 表面反応モデル
12.1.4 燃料電池の効率
12.2 リン酸型燃料電池(PAFC)
12.3 固体高分子型燃料電池(PEFC)
12.3.1 固体高分子型燃料電池の構造
12.3.2 イオン伝導体
12.3.3 電極
12.3.4 燃料
12.3.5 モデル系の電気化学計測
章末問題

13. 太陽電池および光半導体
13.1 Si太陽電池
13.1.1 Si太陽電池の性能
13.1.2 Si太陽電池の製法
13.1.3 Si太陽電池における光電効果
13.1.4 Si太陽電池の弱点
13.2 光半導体
13.2.1 pn接合を利用しない光エネルギー変換
13.2.2 pn接合を利用しない光半導体太陽電池
13.2.3 TiO2
章末問題

引用・参考文献
章末問題解答
索引

(著者の林茂雄先生から読者様へのメッセージ)
200年前のボルタの電池は、今でも理科実験の定番です。
それほど古い歴史がありながらも、電極界面の分子科学はなかなか進んでいません。
その一方で、燃料電池はエネルギー源として近年特に重要性が増しています。
また、2次電池とスーパーキャパシターは共通のマーケットで覇権争いをしています。
電気化学はシブトイ学問分野であり、学び甲斐があるというものです。

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