2025年度

後期

応用熱力学

講義

Applied Thermodynamics

A1500030 応用熱力学 [S5][遠隔(同)]

白鳥 祐介

2.0単位

金曜2限

八王子　遠隔

1 基礎知識の修得  20 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得  80 ％
3 汎用的問題解決力の修得  0 ％
4 道徳的態度と社会性の修得  0 ％

(1) 化学平衡と電気化学平衡を理解する。
(2) 電気化学平衡を表すネルンストの式を習得し、これを使って燃料電池の起電力（Emf）を計算することができる。
(3) 電気化学反応速度論の基礎を理解する。
(4) 以上を通して、燃料電池の原理と優位性を理解する。

熱力学IおよびIIの知識が必須である。

環境エネルギー問題の解決のためには、限られた資源から、いかに効率良く有効エネルギー（エクセルギーや自由エネルギー）を取り出すかを考えなければならない。この点で、熱機関よりも燃料電池が優れているが、このことを論理的に説明できるであろうか？
燃料電池は、電気化学プロセスにより、燃料（水素）が持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する発電デバイスであり、発生する起電力Emfは、水素と酸素が反応して水が生成する反応のギブス自由エネルギー変化ΔGから計算することができる。このことを理解するために、本講義では、熱力学Iおよび熱力学IIで学んだ基礎知識を復習した上で、化学平衡（ΔG = 0）と平衡定数について学ぶ。電気化学平衡は、燃料電池の電気回路を開回路状態にして、反応を進行させずにΔGを維持させている状態に他ならない。この時、Emfが発生する。
本講義では、化学平衡と電気化学平衡を理解した上で、Emfを計算するネルンストの式を習得することを通して燃料電池の原理および優位性を理解することを目指す。さらに、電気化学反応の速度論について学び、発電反応が進行している時に発生する電圧損失（エクセルギーロス）について理解を深めた上で、燃料電池の中でも最も発電効率の高い固体酸化物形燃料電池（SOFC）について解説する。
毎回、学修支援システム上で講義内容に関する課題を出題する。課題への答案で理解度を確認するので、全回出席を前提とする。課題の解答は、次週の講義の冒頭で解説するので、疑問点はまず自分で考えた上で、積極的に質問すること。

特に活用しない

遠隔（オンデマンド）

「熱力学I」および「熱力学II」の講義資料を読み返し、復習をしておく。

2時間

同時期に受講する「工学基礎実験（水素エネルギーと燃料電池）」の説明動画を視聴し、燃料電池を学習する意義について理解する。

出題された課題に取り組む。教科書「JSMEテキストシリーズ 熱力学（日本機械学会）、丸善」第5章を読み、エクセルギーおよび自由エネルギーについて復習しておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

環境問題の根本と自由エネルギー

出題された課題に取り組む。教科書「JSMEテキストシリーズ 熱力学（日本機械学会）、丸善」第7章7.1節および7.2.1節を読み、標準生成エンタルピーおよび反応熱について予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

標準生成エンタルピーと反応熱

出題された課題に取り組む。教科書「JSMEテキストシリーズ 熱力学（日本機械学会）、丸善」第7章7.2.2節および7.2.3節を読み、標準生成ギブス自由エネルギーとエネルギー変換について予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

標準生成ギブス自由エネルギーとエネルギー変換

出題された課題に取り組む。教科書「JSMEテキストシリーズ 熱力学（日本機械学会）、丸善」第7章7.3節を読み、化学平衡と平衡定数について予習をしておく。

3時間

遠隔（同時双方向）

化学平衡と平衡定数

出題された課題に取り組む。教科書「JSMEテキストシリーズ 熱力学（日本機械学会）、丸善」第7章7.4節を読み、燃焼と理論火炎温度について予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

燃焼と理論火炎温度

出題された課題に取り組む。教科書「電子移動の化学-電気化学入門（渡辺 正、中林 誠一郎）、朝倉書店」第1章1.1〜1.4節を読み、化学ポテンシャルについて予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

化学ポテンシャル

出題された課題に取り組む。教科書「電子移動の化学-電気化学入門（渡辺 正、中林 誠一郎）、朝倉書店」第2章2.1節および2.2節を読み、電気化学反応場について予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

電気化学反応場

出題された課題に取り組む。教科書「電子移動の化学-電気化学入門（渡辺 正、中林 誠一郎）、朝倉書店」第2章2.3〜2.5節を読み、標準電極電位について予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

標準電極電位

出題された課題に取り組む。教科書「電子移動の化学-電気化学入門（渡辺 正、中林 誠一郎）、朝倉書店」第3章を読み、ネルンストの式について予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

ネルンストの式

出題された課題に取り組む。教科書「電子移動の化学-電気化学入門（渡辺 正、中林 誠一郎）、朝倉書店」第6章を読み、電気化学反応の速度論について予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

電気化学反応の速度論-1

出題された課題に取り組む。教科書「電子移動の化学-電気化学入門（渡辺 正、中林 誠一郎）、朝倉書店」第7章を読み、電気化学反応の速度論について予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

電気化学反応の速度論-2

出題された課題に取り組む。固体酸化物形燃料電池（SOFC）に関する書籍や文献を参照し、予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

固体酸化物形燃料電池（SOFC）-1

出題された課題に取り組む。固体酸化物形燃料電池（SOFC）に関する書籍や文献を参照し、予習をしておく。

2時間

遠隔（同時双方向）

固体酸化物形燃料電池（SOFC）-2

これまでの講義内容を復習して期末レポートを作成し、期日までに提出する。

5時間

別欄もしくは授業内で通知

全体を通しての学習の振り返り

解けなかった課題を検討しておく。

2時間

全回出席を前提とする。成績は、学期末レポートの評点および毎回出題する課題の答案の評点を1:1のウエイトで評価する。ただし、欠席（やむを得ない事情を除く）、無断欠席および遅刻は減点するので、学期末レポートや課題の評点が良くても不合格となることがある。

出題した課題の解答例などを通して、疑問点を解消する。

熱力学IおよびIIの教科書
「JSMEテキストシリーズ 熱力学（日本機械学会）、丸善」
に加え、
「電子移動の化学-電気化学入門（渡辺 正、中林 誠一郎）、朝倉書店」
を使うので、購入すること。

指定参考書なし

金曜日16:00-18:00　八王子4号館4-852号室
上記時間外でも随時質問を受け付けます。メールでの質問も可。簡単な質問は授業後の教室でも受け付けます。
メールアドレス：shiratori[＠]cc.kogakuin.ac.jp（[＠]を@に置き換えて下さい。）

「熱力学Ⅰ」および「熱力学II」の知識が必須ですので、復習をしておいて下さい。
熱力学を発展させた化学平衡論および電気化学平衡論について順を追って説明して行きますので、毎回必ず出席しましょう。
本講義の担当教員の研究室「クリーンエネルギー創造研究室」では、燃料電池をテーマに研究活動を行っています。本講義の受講により、燃料電池の基礎が身に付きます。

実務家担当科目ではない

機械理工学科

関連する科目でない

Ⅲ3b