エネルギー化学特論
 Chemistry for Energy, Energy Storage and Energy Conversion
 担当教員:立花 和宏(TACHIBANA Kazuhiro)
 担当教員の所属:大学院理工学研究科(工学系)
 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):立花 和宏: 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,設計開発、ライン立ち上げ、クレーム対応などの経験を活かして、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:1年  開講学期:後期  単位数:2単位  開講形態:講義
 開講対象:化学・バイオ工学専攻  科目区分:高度専門科目II 
【授業の目的】
エネルギーを物質に蓄えたり、その蓄えたエネルギーを放出するための物質の選択、組み合わせの方法のモデルとして電池およびキャパシタを取り上げ、その機能発現と設計について論ずる。

【授業の到達目標】
1)電池やキャパシタなどのエネルギーデバイスを設計できるようになる
2)電池やキャパシタなどのエネルギーデバイスのための材料を設計できるようになる
3)電池やキャパシタなどのエネルギーデバイスの生産プロセスを設計できるようになる
4)電池やキャパシタなどのエネルギーデバイスの評価ができるようになる
5)電池やキャパシタなどのエネルギーデバイスのマネジメントができるようになる

【授業概要(キーワード)】
電池;キャパシタ;セラミックス;無機材料;活物質;導電助材;金属材料;集電体;有機材料;電解液;バインダー;セパレータ;高分子材料;化学工学;分散;スラリー;塗布;乾燥;ボルタモグラム;交流インピーダンス

【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%
A-2.小レポート等により、事前学習(下調べ、調査等含む)が必要な知識の上に思考力を問う形での文章を記述する機会がある。:1~25%
B-2.事前学習(下調べ、調査等含む)をした上で、他の学生の意見を尊重しつつグループとしての結論を出すために議論をする機会がある。:1~25%
C-2.事前学習(下調べ、調査等含む)をした上で、プレゼンテーションを行い、互いに質疑応答や議論を行う機会がある。:1~25%
D-2.事前学習(下調べ、調査等含む)で習得した知識等を踏まえて演習、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、専門領域に関連する技術分野に関して幅広い知識を持ち、それを応用できる能力を身につけてるものである(大学院理工学研究科ディプロマ・ポリシー)。

【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
08.働きがいも経済成長も
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

【授業計画】
・授業の方法
原則対面授業です。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.エネルギーの種類と物質とのかかわり
2.電解工業と電気化学
3.電池の起電力と分解電圧
4.電気エネルギーと物質~電池の系譜~
5.電池の内部抵抗と過電圧
6.二次電池とキャパシタ
7.リチウムイオン二次電池の構造
8.セラミックス材料~正極活物質と導電助材の働き~
9.金属材料~負極活物質と集電体の働き~
10.有機材料~リチウム電池の有機電解液の働き~
11.高分子材料~リチウム電池のバインダーやセパレータの働き~
12.化学工学とリチウム電池~分散・スラリーの作成と塗布乾燥~
13.電池やキャパシタの評価法~充放電曲線、サイクリックボルタモグラム~
14.電池やキャパシタの評価法~過渡現象と交流インピーダンス法~
15.電池やキャパシタのマネジメント~BMSやスマートグリッド~

【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。 工場見学報告書、など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)電池やキャパシタについて具体的材料や寸法を示した図面と予想される図面が引ける
2)電池やキャパシタの工程フローの図面が引ける
3)電池やキャパシタのリモート監視システムが構築できる
・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
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).
小沢昭弥、現代の電気化学,丸善,(2012).※電子書籍、生協にて取り扱い
P. W. Atkins [著]/千原秀昭, 稲葉章訳, 物理化学要論, 東京化学同人, (1998).参考書・参考資料等
実教出版, サイエンスビュー化学総合資料, 実教出版, (2005).
参考書:数研出版編集部, 視覚でとらえるフォトサイエンス化学図録, 数研出版, (1998).
参考書:実教出版, サイエンスビュー生物総合資料, 実教出版, (2006).
参考書:鈴木孝仁, 視覚でとらえるフォトサイエンス生物図録, 数研出版, (2000).
参考書:数研出版編集部, 視覚でとらえるフォトサイエンス物理図録, 数研出版, (2006).
参考書:小島丈兒, 新訂地学図解, 第一学習社, (1986).

【その他】
・学生へのメッセージ
この講義は、仁科辰夫先生と立花が担当していました。電気化学特論の後継科目です。仁科辰夫先生のご退職に伴い、立花が単独で担当することになりました。大学院らしい、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
WebClassをメッセージをご利用ください。質問や意見は、教室全体で共有したいので、できるだけ授業時間内にお願いします。講義内容に関する質問や意見は歓迎します。履修や評価に関する問い合わせは必要最小限でお願いします。 問い合わせ多数の場合、WebClassのメッセージには個別に対応できないことがあります。

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