エネルギー化学
 Electrochemistry for Energy, Energy Storage and Energy Conversion
 担当教員:立花 和宏(TACHIBANA Kazuhiro)

 担当教員の所属:工学部
 担当教員の実務経験の有無:
 担当教員の実務経験の内容(有の場合):大日本印刷(株)の製造現場においてディスプレイ、半導体、微細加工の研究開発の経験がある教員が,その経験を活かして、実践的なモノづくりの在り方について講義する。

 開講学年:3年  開講学期:前期  単位数:2単位  開講形態:講義
 開講対象:バイオ・化学工学科  科目区分:発展科目、応用化学・化学工学コース選択必修 
【授業の目的】
応用化学の中でも電気化学工業を中心として、エネルギーを使ったモノづくりに関する基礎知識と、それらを応用する能力を身に着けること目的とする。

【授業の到達目標】
(1)エネルギーにかかわる量の単位換算や計算ができる。【技能】
(2)エネルギー化学プロセスを応用した産業や工業製品について述べることができる。【知識・理解】
(3)電池式やエネルギーの出入りを伴う化学反応式を記述できる。【知識・理解】
(4)電解槽や蓄電デバイスの駆動や評価ための電気回路が記述できる。【知識・理解】
(5)電極電位、槽電圧、通電電流といった電気化学的な量が測定できる。【技能】
(6)エネルギーの視点から環境に配慮でき、持続可能な社会に寄与できる。【態度・習慣】

【授業概要(キーワード)】
電気化学,エネルギー,物理量,単位,電力量,電力,示強変数,示量変数, 冷暖房,給湯,燃費,電費,EV,HEMS,脱炭素, 化学結合,電子伝導,イオン伝導,電気回路,電流,電圧,計測, 電池の起電力,ファラデーの電気分解の法則,分解電圧,過電圧,工業電解,参照電極,電池式, エレクトロニクス,サイクリックボルタンメトリー,交流インピーダンス法, 電池,表面処理,エネルギー変換・貯蔵,電極反応,工業物理化学,電子工学, 機械工学,メディエーター,電気泳動,センサー,ガラス電極

【学生主体型授業(アクティブラーニング)について】
A-1.ミニッツペーパー、リフレクションペーパー等によって、自分の考えや意見をまとめ、文章を記述し提出する機会がある。:1~25%
B-1.学生同士の話し合いの中で互いの意見に触れる機会がある。:1~25%
C-1.自分の意見をまとめて発表する機会がある。:1~25%
D-1.演習、実習、実験等を行う機会がある。:1~25%

【科目の位置付け】
この授業は、エネルギー・環境・資源の問題について化学と工学の観点から、論理的に分析し、解決策を提案する力を身につけるものである(化学・バイオ工学教育プログラムのディプロマ・ポリシー) なお、本授業を受講する前に、化学実験Ⅰの電気科学分野の実験分野の基礎知識となる。

【SDGs(持続可能な開発目標)】
04.質の高い教育をみんなに
07.エネルギーをみんなにそしてクリーンに
09.産業と技術革新の基盤をつくろう
12.つくる責任つかう責任
17.パートナーシップで目標を達成しよう

【授業計画】
・授業の方法
対面授業を原則とする。 毎回エネルギー化学に関連したテーマを取り上げる。 テキストを参照しながら、講義する。質問は随時受け付ける。 少人数のグループでワークショップを行い協働で課題に取り組み、結果を口頭発表する。 グループ名、メンバー、メンバーの役割、発表内容などは、 期末の成績評価申請書に申告しもらうので、思い出せるようにしておくこと。
・日程
1. 量と単位-自然界を測るものさし-
2. エネルギーと生活-動力と電力-
3. 材料と電気-化学結合の種類-
4. 電気と化学―電池と豆電球のつなぎ方と電流・電圧の測り方―
5. セルの組立―電池式の書き方と電極の呼び方―
6. 電気分解とファラデーの法則―銅クーロメーターと電気めっき―
7. 電池の起電力―銀塩化銀電極とネルンストの式―
8. 分解電圧―電力効率とターフェルの式―
9. 測定法-ボルタンメトリーと交流インピーダンス法-
10. センサーと情報変換-pH電極、参照電極-
11. 表面処理とアノード酸化―アルマイトと不動態-
12. 印刷とフォトリソグラフィー―エッチングと腐食―
13. エネルギー変換と化学―一次電池と二次電池ー-
14. 自然との共生―バイオと光-
15. エネルギーと情報-ディスプレイとエレクトロニクス―

【学習の方法・準備学修に必要な学修時間の目安】
・受講のあり方
本授業科目では、単位制度の実質化のため、原則として皆出席を求めます。 15回×1.5時間=22.5時間は、学修保証時間として算入されます。

テキスト(教科書)・受講ノート・教材・準備して授業に臨んでください。 テキストの貸し借りはトラブルの原因となるため極力避けてください。 ワークショップに使う付箋、サインペンなどを準備してください。 ネットによる調査ができるようスマホ、タブレット、PC、などの情報機器を準備してください。 必ず学生証を携帯し、学術情報センターのアカウントを確認し、WebClassにアクセスできるようにしてください。

着席して受講してください。 前の方の座席は、視力や聴力が弱い方に譲ってください。 障害について合理的な配慮が必要な場合、事前に申し出てください。 コロナ感染等を止むを得ない事情で、事前にリモート受講を申し出る場合は、授業を送信してくれる学友を予め選んでください。
・授業時間外学習(予習・復習)のアドバイス
本授業科目では,単位制度の実質化のため,授業時間外での以下の予習・復習、報告書に対する学習保証時間のエビデンスを求めます。

(1)単位認定に最低必要な授業時間外の学修時間は各回0.5時間以上です。 (※)大学設置基準で,1単位の授業科目は45時間の学修を必要とする内容をもって構成することが標準と定められています。 学則で、講義科目は1単位15~30時間と定められています。2単位の最低学修保証時間は30時間です。 15回から構成されるので1回あたり2時間です。 ここから、1.5時間の授業時間差し引くと0.5時間となります。

(2)上記学修時間に加えて授業時間外の標準学修時間の目安は30時間です。 (※)学則で、講義科目は1単位15~30時間と定められています。2単位の標準学修保証時間は60時間です。 報告書は、予習報告書を含めて最大4件とし、標準学修保証時間から最低学修保証時間を差し引いた30時間を充ててもらいます。 よって1件あたりの予習報告書や課外報告書の授業時間外学修時間は8時間を目安とします。

報告書による授業時間外学習は、加点評価されますが、必須ではありません。WebClassにテーマが示されます。授業の進捗に応じてテーマを提案することもできます。予習報告書の提出期限は、履修確定前まで、そのほかの課外報告書の提出期限は、学期末までです。

【成績の評価】
・基準
1. 電池、工業電解、表面処理などのエネルギー化学のトピックについて、議論し、小論文にまとめ、プレゼンテーションできることを合格の基準とする。
2. 継続的に電気化学やエネルギーに関連する科学技術の調査し、啓発活動を通じて得られた知識を社会と産業の発展に寄与できることを合格の基準とする。
・方法
(1) 大学設置基準第二十一条ならびに 山形大学学部規則 第34条 に基づき 平常(4点/回)と報告書(10点/件)で成績を評価します。 各回の平常点および報告書は、学修保証時間に対応し、合格の基準に到達している場合、内容によらず一律加点され、部分点はありません。
(2)平常とは、授業時間内(1.5時間×15回)でのワークショップ(討論)への参加、意見発表(質疑応答)、実技実演の取り組み状況 ならびに 授業時間外(0.5時間×15回)の各回の授業の予習やWebClassへの 平常演習の提出を含む復習です。0.5時間が保証されれば、平常演習の提出は必須ではありません。
(3)報告書とは、授業時間外のに取り組んだ予習報告書、課外報告書のことです。 予習報告書の締め切りは、履修確定時までとします。 そのほかの課外報告書の締め切りは、最終回授業からおおむね一週間後です。 報告書の学習保証時間は、1件につき8時間とします。 報告書で盗用、捏造、改竄などの研究不正が発覚した場合、履修は取り消され、本学に通報され、評点は0となります。
(4)成績は、成績評価申請書の提出によります。 平常の取り組み状況ならびに報告書を 成績評価申請書として WebClassに提出してもらいます。
(5) 次の場合は、評点が0になります。
・出席が全体の2/3に満たなかった場合
・授業時間内での紙媒体による履修意志の確認ができなかった場合
・期限までに成績評価申請書が提出されなかった場合
・不正行為に該当した場合
(6) 欠席した場合、平常点は申請できません。報告書で挽回してください。 大幅な遅刻や早退をした場合は、平常点は申請できません。 公認欠席(公欠)も欠席なので、平常点は申請できません。 「内職」など実態として故意に講義に参加していない場合も、平常点は申請できません。 「ピ逃げ」「代返」に該当する行為は、欠席ではなく不正行為として扱います。発覚した時点で、本学に通報され、履修は取り消され、評点は0となります。 自己の責によらない欠席の場合、診断書や事故証明書などのエビデンスの提出を求めることがあります。 就活による欠席は、自己の責による欠席となります。

【テキスト・参考書】
テキスト:小沢昭弥、現代の電気化学,丸善,(2012).、※無機工業化学共通テキスト、生協にて取り扱い
テキスト:野村正勝・鈴鹿輝男, 最新工業化学―持続的社会に向けて―, 講談社サイエンティフィク, (2004).※無機工業化学共通テキスト
テキスト:小林一也,工業技術基礎、実教出版 (2002).

【その他】
・学生へのメッセージ
この講義は、松木健三先生が電気化学として担当されていました。その後、仁科辰夫先生がご担当されていましたが、一時期物理化学に併合されました。電気化学は工学部の応用化学であり、物理化学は理学部の理論化学なので、本来趣を異にするものです。そのあと吉田司先生が着任されて電気化学として復活した際、あらためて仁科辰夫先生と立花が半分をオムニバス形式により担当していました。その後、吉田司先生が他学科に移られたため、再び仁科辰夫先生と立花で、複数教員担当方式により全コマ担当するに至りました。さらに時代の要請をうけ「電気化学」から「エネルギー化学」へと科目名の変更がなされました。仁科辰夫先生のご退職に伴い、後継者不足から、立花が単独で担当することになりました。工学にはなくてはならないエネルギーとモノづくりの関係をについて、よりよい講義ができればと思います。よろしくお願いいたします。
・オフィス・アワー
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